Cu 摻雜的金紅石相金屬氧化物半導(dǎo)體吸附HCI 氣體的光催化性能研究

陳 楊

（重慶師范大學，重慶 401331）

近代工業(yè)體系的發(fā)展為人類的生活帶來極大便利的同時，也對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了巨大的負面影響，主要體現(xiàn)在空氣污染、水體污染等方面[1-2]。傳統(tǒng)的去污方式存在效率低、可重復(fù)性差和存在附屬產(chǎn)物等缺點，直到Fujishima 等[3]發(fā)現(xiàn)了利用光催化原理來將污染物質(zhì)和半導(dǎo)體材料發(fā)生反應(yīng)生成無害物質(zhì)的方法處理水體污染。不過，由于TiO2、SnO2、GeO2三種本征半導(dǎo)體氣敏傳感器具有禁帶寬度大、對可見光的利用率低等缺點[4]，因此，對半導(dǎo)體材料的改性研究一直是科研工作者的研究重點。目前常用的改性方式有摻雜和襯底的方式，改良后的TiO2、SnO2、GeO2材料顯現(xiàn)出靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡單等特點，應(yīng)用極其廣泛[5]。但目前大多數(shù)研究者并沒有關(guān)注于TiO2、SnO2、GeO2三中半導(dǎo)體材料的光催化性能間的關(guān)系及相應(yīng)的改性研究。

1 模型構(gòu)建

文章計算對象金紅石相TiO2、SnO2、GeO2均為四方晶系結(jié)構(gòu)，空間群為P42/MNM。建立了2×2×3 超晶胞模型，選擇了能量最低的（110）晶面進行切割，然后在Z 方向上建立了10? 的真空層，將晶胞最底層原子固定，Cu 原子分別取代Ti、Sn、Ge 原子，Cl 原子與氧空位的初始距離設(shè)置為2.80?。

2 計算方法

文章利用Material Studio 8.0 軟件中castep 模塊下的密度泛函第一性原理平面波超軟贗勢方法進行模擬計算。利用DFT-D 色散校正的方法來校正交換相關(guān)勢，并使用廣義梯度近似（GGA）下的質(zhì)子平衡方程PBE 來進行計算。能量收斂值設(shè)定為2×10-5eV/atom，平面截斷能Ecut=351eV，晶體內(nèi)斂力小于等于0.1GPa，每個原子受力不超過0.05eV/nm，第一布里淵區(qū)按3×5×2 分格。……