TiO_2纳米材料的光催化及光伏特性研究
TiO_2纳米材料的光催化及光伏特性研究【摘要】:随着世界经济的高速发展,人类面临着能源危机与环境污染的双重压力。自1972年日本科学家Fujishima等人发现了二氧化钛(TiO
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TB383.1
【目录】:
- 摘要3-5
- Abstract5-12
- 第一章 绪论12-27
- 1.1 研究背景12-13
- 1.2 TiO_2半导体纳米材料13-16
- 1.2.1 TiO_2的物理化学性质13
- 1.2.2 TiO_2的晶体结构13-15
- 1.2.3 TiO_2的电子结构15-16
- 1.2.4 TiO_2光催化剂的应用16
- 1.2.5 TiO_2在太阳能电池中的应用16
- 1.3 TiO_2纳米材料的光催化16-23
- 1.3.1 TiO_2光催化纳米材料的合成方法16-18
- 1.3.2 TiO_2纳米材料的光催化反应机理18-20
- 1.3.3 提高TiO_2纳米材料光催化活性的途径20
- 1.3.4 TiO_2光催化纳米材料的掺杂改性20-23
- 1.4 TiO_2纳米光伏材料23-25
- 1.4.1 太阳能电池23
- 1.4.2 TiO_2-DSSCs的基本结构与工作原理23-24
- 1.4.3 提高TiO_2-DSSCs光电转换效率的方法24-25
- 1.5 本文的选题意义和研究方案及内容25-27
- 第二章 计算理论基础与实验设计27-44
- 2.1 密度泛函理论27-35
- 2.1.1 Born-Oppenheimer近似与Hartree-Fock近似27-31
- 2.1.2 Hohenberg-Kohn定理31-32
- 2.1.3 Kohn-Sham方程32-33
- 2.1.4 交换关联能量泛函33-35
- 2.1.5 LDA(GGA)+U方法35
- 2.2 平面波与赝势方法35-36
- 2.2.1 平面波方法35-36
- 2.2.2 赝势方法36
- 2.3 固体的带间跃迁及光学性质36-39
- 2.3.1 带间跃迁36-37
- 2.3.2 光学性质37-39
- 2.4 计算程序包简介39-40
- 2.5 试剂与仪器40-41
- 2.6 实验过程41-43
- 2.6.1 掺杂TiO_2纳米光催化剂的制备41-42
- 2.6.2 光催化性能评估实验42-43
- 2.7 材料的测试与表征43-44
- 2.7.1 晶体结构表征43
- 2.7.2 比表面测试43
- 2.7.3 形貌分析43
- 2.7.4 吸收光谱测试43-44
- 第三章 金属Ni掺杂TiO_2的光催化活性44-53
- 3.1 引言44
- 3.2 计算模型与方法44-46
- 3.3 结果与讨论46-51
- 3.3.1 缺陷形成能46-47
- 3.3.2 电子结构47-51
- 3.4 小结51-53
- 第四章 金属与非金属共掺杂TiO_2的光催化活性53-78
- 4.1 Eu/Si共掺杂锐钛矿TiO_2体系53-64
- 4.1.1 引言53
- 4.1.2 计算方法与实验部分53-56
- 4.1.3 结果与讨论56-63
- 4.1.4 小结63-64
- 4.2 (Si,Fe)共掺杂锐钛矿和金红石TiO_2体系64-78
- 4.2.1 引言64-65
- 4.2.2 计算方法与实验部分65-68
- 4.2.3 结果与讨论68-76
- 4.2.3.1 结构优化与缺陷形成能68-69
- 4.2.3.2 电子结构69-72
- 4.2.3.3 光学性质72-74
- 4.2.3.4 样品的表征74-75
- 4.2.3.5 光催化活性的测试与评估75-76
- 4.2.4 小结76-78
- 第五章 非金属C/B共掺杂TiO_2的光催化活性78-94
- 5.1 引言78-79
- 5.2 计算模型与方法79-81
- 5.3 结果与讨论81-93
- 5.3.1 C/B掺杂锐钛矿和金红石TiO_2的结构模型81-83
- 5.3.2 缺陷形成能83-85
- 5.3.3 电子结构85-90
- 5.3.4 光学性质90-91
- 5.3.5 杂质含量对电子和光学性质的影响91-93
- 5.4 小结93-94
- 第六章 TiO_2表面吸附苯甲酸分子的光伏特性94-107
- 6.1 引言94-95
- 6.2 计算模型与方法95-96
- 6.3 结果与讨论96-105
- 6.3.1 BA分子在TiO_2(101)和(110)表面的吸附96-99
- 6.3.2 BA分子的几何结构和振动性质99-101
- 6.3.3 BA分子吸附于TiO_2表面的电子结构101-103
- 6.3.4 BA分子敏化TiO_2光阳极的光学性质103-105
- 6.4 小结105-107
- 第七章 总结与展望107-109
- 7.1 主要结论107-108
- 7.2 工作展望108-109
- 参考文献109-129
- 攻读博士学位期间取得的研究成果129-131
- 致谢131-133
- 作者简介133
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