C(B)-Ag共掺的暴露（001）面的TiO2纳米片的几何结构、电子结构及其光学特性的研究

项目名称： C(B)-Ag共掺的暴露（001）面的TiO2纳米片的几何结构、电子结构及其光学特性的研究

项目编号： No.11304220

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 郭美丽

作者单位： 天津城建大学

项目金额： 25万元

中文摘要： TiO2纳米片能充分暴露高活性的(001)面，所以是一种高效的新型光催化剂。然而纯的TiO2纳米片是没有可见光催化效率的。共掺是改进(001)面TiO2纳米片可见光催化效率的有效手段，然而详细的光学跃迁机理以及协同作用机理并不清楚，所以新型共掺体系的设计尚有很大的优化空间。本项目拟设计非金属C(B)与金属Ag协同作用来优化共掺体系。通过深入研究电子结构和光学跃迁机理，揭示掺杂原子间的协同作用机理。首先，建立纯的和共掺杂的暴露(001)面的TiO2纳米片模型，进行几何优化，明确哪些共掺结构是稳定的和掺杂可行的。其次，对不同浓度和不同掺杂位置的稳定的共掺体系进行电子结构计算。研究体系的能带结构和电子态密度，并通过电荷布居数和电荷差分密度分析掺杂原子周围的成键情况。最后，计算介电函数虚部和吸收光谱，明确共掺体系的可见光学跃迁机理。通过揭示C(B)和Ag之间的协同作用为进一步的实验提供理论基础。

中文关键词： 共掺杂；第一性原理；TiO2纳米片；电子结构；光学特性

英文摘要： TiO2 nanosheet is an effective photocatalysis. Especially, (001) facets of nanosheet have a very high photoactivity which attracts wide interest. However, the band gap of pure TiO2 nanosheet is wide (3.2 eV), so the utilization of sunlight is limited. In this project,we will improve the visible photoactivity of TiO2 nanosheet by codoping with C(B) and Ag. In previous study, we have proposed the visible optical transition mechanism of N-B codoped TiO2. Here, we will try to reveal the mechanism of synergy of C(B) and Ag. First, we will build the models of pure and codoped TiO2 nanosheet, then, optimize the geometric structure, and define what structures are stable; Second, we will study the electric strctures of the stable codoped systems, and analyse the change of band gap, band edge, band gap states, Fermi energy. Furthermore, bonding situation will be researched by charge population and charge differential density. Last, the optical properties will be calculated. According to the results, we will reveal the mechanism of synergy which can provide an important information to design of photocatalytic materials.

英文关键词： codoped；first principles；TiO2 nanosheet；electric structures；optical properties