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光学气敏材料金红石相二氧化钛(110)面吸附CO分子的微观特性机理研究

朱洪强 冯庆

光学气敏材料金红石相二氧化钛(110)面吸附CO分子的微观特性机理研究

朱洪强, 冯庆
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  • 利用光学气敏材料吸附气体,引起材料光学性质的变化来测量气体成分,是当前气敏传感研究领域的一个热点方向. 本文针对光学气敏材料金红石相TiO2(110)表面吸附CO分子的微观特性进行研究,采用基于密度泛函理论(DFT)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了表面的吸附能、电子态密度、光学性质和电荷密度的变化. 结果表明:终止于二配位O原子的TiO2(110)面为最稳定表面,该表面吸附CO分子以C端吸附方式最为稳定,且氧空位浓度越高,越有助于对CO分子的吸附,吸附过程为放热. 在氧空位浓度为33%时,吸附能达到1.319 eV,吸附后结构趋于更加稳定. 表面吸附CO分子后,其实质是表面的氧空位氧化了CO分子,CO分子的电荷向材料表面转移. 含有氧空位的表面吸附CO分子后都改善了其在可见光范围内的光学性质,但是氧空位浓度越高,改善其光吸收和反射能力越明显,光学气敏传感特性表现越显著.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61274128,61106129)和重庆市自然科学基金(批准号:CSTC2013JCYJA0731)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-02-18
  • 修回日期:  2013-03-17
  • 刊出日期:  2014-07-05

光学气敏材料金红石相二氧化钛(110)面吸附CO分子的微观特性机理研究

  • 1. 重庆市光电功能材料重点实验室, 重庆 401331;
  • 2. 重庆师范大学光学工程重点实验室, 重庆 400047
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61274128,61106129)和重庆市自然科学基金(批准号:CSTC2013JCYJA0731)资助的课题.

摘要: 利用光学气敏材料吸附气体,引起材料光学性质的变化来测量气体成分,是当前气敏传感研究领域的一个热点方向. 本文针对光学气敏材料金红石相TiO2(110)表面吸附CO分子的微观特性进行研究,采用基于密度泛函理论(DFT)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了表面的吸附能、电子态密度、光学性质和电荷密度的变化. 结果表明:终止于二配位O原子的TiO2(110)面为最稳定表面,该表面吸附CO分子以C端吸附方式最为稳定,且氧空位浓度越高,越有助于对CO分子的吸附,吸附过程为放热. 在氧空位浓度为33%时,吸附能达到1.319 eV,吸附后结构趋于更加稳定. 表面吸附CO分子后,其实质是表面的氧空位氧化了CO分子,CO分子的电荷向材料表面转移. 含有氧空位的表面吸附CO分子后都改善了其在可见光范围内的光学性质,但是氧空位浓度越高,改善其光吸收和反射能力越明显,光学气敏传感特性表现越显著.

English Abstract

参考文献 (25)

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