tio2多型体的稳定性、电子结构、光学性质的第一性原理计算

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1、万方数据论文独创性声明本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。作者签名：主滥日期：纽隆61三论文使用授权声明本人完全了解复旦大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影EIJ、缩印或其它复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。作者签名：．幽

2、导师签名：蔼盏盟日期：型盘壹!三：万方数据指导小组成员名单高尚鹏副教授万方数据摘要Abstract结构名称和术语说明目录第一章绪论1．1光催化反应原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1．2Ti02的性质及研究进展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1．3课题研究的目的和意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第二章理论基础2．1密度泛函理论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2．1．1绝热近似．．．．．．．．．．．．．．

3、．．．．．．．．．．．．．．．．．2．1．2Thomas．Fermi．Dirac近似．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2．1．3Honhenberg—Kohn定理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2．1．4Kohn．Sham方程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2．2对交换关联能的近似．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2．2．1广义梯度近似．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2．2．2GGA+U近似．．．．．．．．．．．．．．

4、．．．．．．．．．．．．．．．2．2．3基于密度泛函理论的色散修正．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2．3赝势平面波方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2．3．1平面波方法和网格．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．213．2赝势以及其种类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2．4多体微扰理论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2．4．1GW近似．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2．4．2贝

5、特．萨尔皮特方程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．；mvl，35789mm屹BMH"掩挎明万方数据第三章理论计算的前期准备以及相关计算参数303．1Ti和O赝势的产生．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．303．2相关计算参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33第四章TiO：多型体的晶格结构和相对稳定性364．1研究对象．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．364．2Ti02多型体的晶格参数．．．．．．．．．．．．

6、．．．．．．．．．．．．．．．404．3Ti02多型体的相对稳定性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4l第五章Ti02的能带结构和吸收光谱475．1能带结构与态密度分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．485．1．1能带结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．485．1．2态密度图分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．535．2介电常数图谱与光吸收谱．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．535．2．1介电常数图谱．

7、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．545．2．2光吸收谱．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57第六章结论60参考文献62致谢7l附录722万方数据摘要对于搜寻在可见光波段下的光催化剂材料来说，材料能带结构以及光吸收性质能为我们的搜寻工作提供极大的帮助。所以计算材料的基态性质、激发态性质(能带结构和光吸收谱)显得极为重要。本文中运用基于密度泛函理论的广义梯度近似得到九种Ti02多型体的能带结构，并且运用GW方法方法对布理渊区中高对称点的能级能量进行修正。随后，运用D

8、FT-GGA方法得到的波函数以及GW方法得到的屏蔽函数W和修正过后的能量值，通过求解两体贝特一萨尔皮特方程得到有关激发态的性质。全文共分为六章。第一章主要介绍光催化反应的原理和近年来TiO：材料实验上的主要进展，以及我们研究的目的和意义。第二章中，我们详细阐述了计算的理论基础，从赝势的定义、密度泛函理论到多体微扰理论(GW方法和贝特一萨尔皮特方程)。第三章中，我们主要介绍