铁离子表面掺杂锐钛矿TiO2（001）面的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,本文研究了Fe吸附于锐钛矿TiO2（001）面、替位掺杂表面Ti位,以及在横向晶隙和纵向晶隙内部掺杂的晶体结构变化及形成能,讨论了对应的能带结构及态密度的变化。为与表面氧空位进行对比,计算了氧空位存在条件下的能带结构及态密度。通过形成能的比较发现：Fe在吸附于晶体表面并向体内迁移时,倾向于掺杂在晶体表面晶隙位置。通过对电子结构及态密度的分析发现：Fe在晶体表面晶隙掺杂较表面氧空位掺杂更有利于TiO2光催化氧化效率的提高。     

铁离子表面掺杂锐钛矿TiO_2(001)面的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,本文研究了Fe吸附于锐钛矿TiO2(001)面、替位掺杂表面Ti位,以及在横向晶隙和纵向晶隙内部掺杂的晶体结构变化及形成能,讨论了对应的能带结构及态密度的变化。为与表面氧空位进行对比,计算了氧空位存在条件下的能带结构及态密度。通过形成能的比较发现:Fe在吸附于晶体表面并向体内迁移时,倾向于掺杂在晶体表面晶隙位置。通过对电子结构及态密度的分析发现:Fe在晶体表面晶隙掺杂较表面氧空位掺杂更有利于TiO2光催化氧化效率的提高。     

Co 掺杂 TiO2纳米管吸附 CO 的密度泛函研究

采用密度泛函理论（DFT ）研究了Co原子在（0,3）和（6,0）这两种 TiO2纳米管上掺杂的稳定结构及CO在掺杂Co原子的TiO2纳米管上的吸附情况．从吸附结构、电子特性以及投影态密度（PDOS）等方面分析发现,由于Co原子掺杂而在导带底和价带顶产生的杂质态使纳米管的带隙明显减小．CO分子通过它的C端与Co原子结合,进而吸附在掺杂后的TiO2纳米管上．此外,通过分析 Mulliken原子电荷发现,Co的掺杂能够促进CO分子和纳米管之间的电子转移,从而增强了纳米管对CO的响应和吸附能力．     

NiTi合金表面TiO2掺杂N原子的电子结构计算

采用密度泛函理论的离散变分Xα方法（DV-Xα），对表面掺杂N原子后的NiTi合金表面TiO2的电子结构进行了计算，得到各原子间的键级、电荷分布、Mulliken集居数和态密度．结果表明：表面掺杂后，在Ti原子的3d，4s，4p轨道和N原子的2p轨道之间发生了有效的作用，改变了表面膜的电荷分布，表面负电荷增加，从而抑制了Cr等阴离子的吸附，阻碍电子的失去，提高了其抗点蚀的能力；同时，也有利于体液中Ca^2＋、PO4^3-在表面沉积形成羟基磷灰石，使NiTi合金的耐腐蚀性得到进一步提高．这一理论计算阐明了NiTi合金表面掺N后抗腐蚀性和生物相容性提高的机制．     

Au/SrTiO3（001）界面电子结构的第一性原理研究

采用在密度泛函理论框架下的第一性原理方法,系统地分析了4种可能Au/SrTiO3（001）界面模型的界面能、原子间距、电子结构及其化学键特征.研究表明：Au/SrTiO3（001）界面的稳定性与其界面原子构型密切相关;Au与排列在以TiO2原子层截止SrTiO3（001）表面的氧原子上的界面构型最为稳定.     

Sc掺杂Al_2O_3晶体及外场作用下Al_2O_3晶体的第一性原理计算

采用GGA-PW91方法计算了未掺杂时Al_2O_3晶体和不同电场下Al_2O_3晶体的能带结构、态密度,并计算了Sc掺杂Al_2O_3晶体的能带结构和态密度.结果表明:未掺杂时Al_2O_3晶体能隙值为6.639 6 eV;随着Z轴方向的外电场增大,Al_2O_3晶体能隙值逐渐变小;O 2s态和2p态的态密度跨度变大,并向低能带偏移;Al原子的3s、3p态的态密度低能带跨度变大,高能带向费米面偏移;Sc掺杂Al_2O_3晶体后能隙值变小,在高能区产生了新的能带并向费米面偏移.     

Co掺杂ZnO的电子结构及磁性质

本论文选择目前研究较少的ZnO立方闪锌矿结构,基于密度泛涵理论的超软赝势法(USPP),结合局域密度近似(LDA),应用Material Studio5.5软件采用LDA+U方法进行计算。计算本征态下ZnO(1*1*1,2*1*1,2*2*1不同超晶胞)的电子态密度,能带结构,分析得出本征态ZnO的总态密度价带主要由Zn的3d和O的2p轨道电子组成,验证了靠近费米能级附近处的价带。计算Co替代立方结构ZnO的Zn的态密度和能带结构,并与本征态下ZnO的态密度和能带结构做比较,发现掺杂后电子态密度无较大变化,导带在Co掺杂浓度为25%时最宽即导电性最强,禁带宽度在掺杂后变窄。由实验得出的Zn1-xCoxO的磁化强度随温度和磁场强度的变化,绘制不同掺杂浓度样品的M-T和M-H曲线,讨论材料的磁化性质,并结合电子结构计算结果。     

稀土金属Yb掺杂MgF2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理平面波超软赝势方法,研究稀土金属Yb掺杂MgF2晶体的几何结构、电子结构和光学性质。发现Yb掺杂螈凡晶体在导带底出现杂质能带,且掺杂后晶体在108．67nm和323．8nm两处出现较强的吸收峰,该结果与实验吻合较好。另外,通过分析得出Yb掺入扩大了F-s态且使F-s态与P态发生重叠Mg易晶体掺杂后的优越性能主要源于Yb4f-5d态之间的跃迁,该机理与过渡金属掺杂有本质的不同。     

C掺杂TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了C元素掺杂TiO2晶体的几何结构、电子结构和光学性质。通过对比发现,由于C原子的掺入,体系的禁带宽度减小。结合态密度进行分析,给出了禁带宽度减小的主要物理机制,并给出了掺杂后材料的光学性质,提出了C掺杂TiO2体系在光学元器件方面的潜在应用。     

N掺杂对TiO2电子结构与光催化活性影响的理论研究

采用第一性原理超软赝势平面波方法对N掺杂TiO2的基态电子结构进行了计算研究。计算结果显示N取代O掺杂不仅把TiO2的价带位置升高了0.27 eV,而且在带隙中诱导了有N 2p、O 2p和Ti 3d构成的未占据电子态。这三态的相互作用使带隙态具有了展宽和离域化的特性。N掺杂TiO2电子结构改变的原因是由于形成了相对较强的N-Ti共价键。价带上移和扩展带隙态共同促进了N掺杂TiO2可见光催化活性的提高。     

N掺杂钛酸锶的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法,研究了N掺杂SrTiO3体系的几何结构和电子结构．通过分析N位于不同掺杂位置的SrTiO3晶格几何结构和电子态密度的变化发现：N掺杂SrTiO3使得其晶格结构发生畸变,但是N杂质原子位于不同掺杂位置导致其最近邻原子的相对位置变化存在明显差异;N掺杂SrTiO3不仅导致其费米能级进入到价带中,而且使得其光学带隙窄化,从而提高了其光吸收性能．但是,位于不同掺杂位置的N杂质原子2P态电子对N掺杂SrTiO3体系整体电子结构变化的贡献作用明显不同,从而导致其光学带隙窄化程度存在明显差异．     

NiTi合金表面TiO2掺杂C原子的电子结构计算

采用基于密度泛函理论的离散变分Xα方法（DV—Xα），对表面掺杂C原子后的NiTi合金表面TiO2的电子结构进行了计算，得到各原子间的键级、电荷分布、Mulliken集居数和态密度．结果表明：表面掺杂C后，在Ti原子的3d、4s、4p轨道和C原子的2p轨道之间发生了有效的作用，改变了表面膜的电荷分布，表面负电荷增加，从而抑制了Cl^-等阴离子的吸附。阻碍电子的失去，提高了其抗点蚀的能力；同时，也有利于体液中Ca^2＋、PO4^3-在表面沉积形成羟基磷灰石。使NiTi合金的耐腐蚀性得到进一步提高．这一理论计算阐明了NiTi合金表面掺C后抗腐蚀性和生物相容性提高的机制．     

碳掺杂TiO_2可见光光催化剂的制备及可见光光催化性能

以乙二胺和钛酸四丁酯作为原料,采用改进的溶胶-凝胶法合成了碳掺杂TiO2可见光响应的光催化材料.以XRD、TEM、XPS、UV-vis等手段对样品进行了表征.结果表明：碳掺杂可以阻止样品由锐钛矿相向金红石相的转变,同时还可以抑制晶粒的生长.碳取代晶格中氧原子形成Ti—C键和O—Ti—C键,它能改变TiO2的能带结构,诱导可见光响应,还可提供新的活性点;碳掺杂400℃煅烧的样品具有较强的可见光响应.可见光下降解亚甲基蓝（MB）的结果表明：乙二胺加入1 mL,煅烧温度400℃时的样品具有最高的可见光光催化活性.     

Mn掺杂MgF2光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论（DFT）第一性原理平面波超软赝势方法计算Mn掺杂MgF2晶体的几何机构、电子结构和光学性质。结果表明,经过胁掺杂MgF2的浓度为12．5％时,体系的结构并没有发生明显的结构畸变或相变。但体系的能带结构,尤其是费米面附近的能带结构有重要的影响。对吸收光谱和介电常数有所调制,结果与实验测量大致吻合。     

S,N耦合掺杂TiO2光催化剂制备

以钛酸四丁酯为钛源,冰醋酸为水解抑制剂,DL-甲硫氨酸为小分子掺杂剂,采用溶胶-凝胶法制备了S,N非金属元素耦合掺杂的TiO2光催化剂。XPS能谱分析表明,N原子以N2-的形式替换了部分O2-而进入TiO2晶格,而S原子则分别以S4＋及S2-的形式替换了部分Ti原子及部分O原子,进入TiO2晶格,实现了S,N的耦合掺杂。XRD衍射表明,S,N耦合掺杂TiO2催化剂均为锐钛矿型晶体,同时也说明S,N的耦合掺杂对TiO2晶体从锐钛矿向金红石晶相转变有较强的抑制作用。光学特性分析表明,S,N的耦合掺杂不仅能将催化剂的光吸收边拓展到了可见光区,而且对紫外光区的光吸收几乎无影响。     

C掺杂β-Si3N4的电子结构和光学性质

运用密度泛函平面波赝势方法（PWP）和广义梯度近似（GGA）,对替代式C掺杂β-Si3N4的超晶胞电子结构进行了模拟计算,分析了β-Si3N4：C的电子结构和光学性质．对C掺杂前后电子结构的异同以及价键的一些性质进行了对比分析发现,由于C的掺杂,价带宽度展宽,导带宽度和禁带宽度均变窄;态密度出现了几个新的峰,平均峰值有所减小．通过对比分析光吸收系数发现,相对于β—Si3N4的光吸收系数,β-Si3N4：C的吸收系数有所降低,并且向长波方向移动,100nm处的吸收峰向长波方向移动约11．8nm．     

N掺杂对金刚石(100)和(111)表面电子性质的影响——基于第一性原理的理论研究

利用第一性原理研究N掺杂后的金刚石(100)和(111)表面的形成能和电子结构,结果表明,无论是金刚石(100)表面还是(111)表面,替位式N在不同的成键情况、不同的掺杂深度时,既可以得到n型金刚石又可以得到p型金刚石,并且得到的施主能级相比较块体要浅.随着N掺杂深度的增加所需形成能越来越大,这表明不能无限度被掺杂.从空间结构上看,优化后的体系中N与C及N与H间的化学键长均变短,这可能是由于N比C具有更强的电负性,使得N与其周围原子间的相互作用更强.     

Fe、Ir掺杂单层MoS2的构型及电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论方法对MoS2完整表面、吸附式掺杂和替换掺杂缺陷MoS2表面(Fe-MoS2、Ir-MoS2)的构型、电子结构进行了研究.结果表明:通过比较Fe、Ir原子吸附的吸附能,发现Ir比Fe在表面的吸附性更强,且在Mo原子的上方吸附最强,电子态密度分析说明了在Z方向上,Mo原子的4dyz、4dz2、4dxz轨道...     

N-TiO2纳米溶胶的微波合成及XPS分析

采用钛酸四正丁酯为前驱体微波法制备N掺杂TiO2纳米溶胶,并利用X射线光电子能谱仪(XPS)对其分子成分及价态进行了表征研究.XPS表征结果显示,N元素以阴离子N-的形态掺杂于TiO2中,存在形式为N-Ti-O形态而非Ti-O-N的形态,且N元素的掺杂量为6％.     

铝改性纳米二氧化钛的制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备Al3＋掺杂纳米TiO2光催化剂,以亚基蓝为污染物,在160W的高压汞灯下,考察了Al3＋掺杂对TiO2光催化性能的影响,并通过XRD对其结构进行了表征。结果表明：Al3＋掺杂能够提高了TiO2光催化活性;Al3＋-TiO2的最佳制备条件为硝酸铝为掺杂前驱体,r（Al：Ti）为0.01,焙烧温度500℃时光催化活性最佳。