搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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
PDF
导出引用
  • 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.
    [1]

    Zhang X C, Zhao L J, Fan C M, Liang Z H, Han P D 2012 Acta Phys. Sin. 61 077101 (in Chinese) [张小超, 赵丽军, 樊彩梅, 梁镇海, 韩培德 2012 物理学报 61 077101]

    [2]

    Fujishima A, Honda K 1972 Nature 238 37

    [3]

    Khan S U M, Al-Shahry M, Ingler Jr W B 2002 Science 297 2243

    [4]

    Zhao J, Yang X D 2003 Building and Environment 38 645

    [5]

    Yu X Y, Liang W, Cheng J J 2000 Bulletin of the Chinese Ceramic Society 1 53 (in Chinese)[于向阳, 梁文, 程继健 2000 硅酸盐通报 1 53]

    [6]

    Chen X B, Liu L, Yu P Y, Peter Y Yu, Samuel S Mao 2011 Science 331 746

    [7]

    Wang Y, Feng Q, Wang W H, Yue Y X 2012 Acta Phys. Sin. 61 193102 (in Chinese) [王寅, 冯庆, 王渭华, 岳远霞 2012 物理学报 61 193102]

    [8]

    O'Regan B, Grätzel M 1991 Nature 353 737

    [9]

    Ashino M, Uchihashi T, Yokoyama K, Sugawaraa Y, Moritab S, Ishikawaa M 2000 Applied Surface Science 157 212

    [10]

    Hebenstreit E L, Hebenstreit W, Diebold U 2000 Surface Science 461 87

    [11]

    Wang Y J, Wang C Y, Wang S Y 2011 Chin. Phys. B 20 036801

    [12]

    Asari E, Souda R 2004 Solid State Communications 129 15

    [13]

    Cui W Y, Liu Z Z, Jiang Y J, Wang N, Feng J K 2012 Acta Chim. Sinica 70 2049 (in Chinese) [崔文颖, 刘子忠, 蒋亚军, 王娜, 封继康 2012 化学学报 70 2049]

    [14]

    Simon D, Simon P, Bates Y 2003 Phys. Rev. B 67 035421

    [15]

    Xiao B, Feng J, Chen J C, Yan J K, Gan G Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 3769 (in Chinese) [肖冰, 冯晶, 陈敬超, 严继康, 甘国友 2008 物理学报 57 3769]

    [16]

    Wu X Y, Selloni A, Nayak S 2004 J. Chem Phys. 120 4512

    [17]

    Dan C, John T 2002 J. Phys. Chem. B 106 6184

    [18]

    Wang Y 2005 Acta Chim. Sin. 63 1023 (in Chinese) [汪洋 2005 化学学报 63 1023]

    [19]

    Wang Y, Meng L 2005 Acta Phys. Sin. 54 2207 (in Chinese) [汪洋, 孟亮 2005 物理学报 54 2207]

    [20]

    Linsebigler A, Lu G Q, Yates J 1995 Chem. Rev. 95 735

    [21]

    Linsebigler A, Lu G Q, Yates J 1995 J. Chem. Phys. 103 9438

    [22]

    Burnside S D, Shklover V, Barbé Barbe C, Comte P, Arendse F, Brooks K, Grätzel M 1998 Chem. Mater. 10 2419

    [23]

    Labat F, Baranek P, Adamo C 2008 J. Chem. Theory Comput. 4 341

    [24]

    Han Y, Liu C J, Ge Q F 2006 Phys. Chem. B 110 7463

    [25]

    Shen X C 1992 Semiconductor spectrum and optical properties (2nd Ed.) (Beijing: Science Press) (in Chinese) [沈学础 1992 半导体光谱与光学性质(第2版)(北京: 科学出版社)]

  • [1]

    Zhang X C, Zhao L J, Fan C M, Liang Z H, Han P D 2012 Acta Phys. Sin. 61 077101 (in Chinese) [张小超, 赵丽军, 樊彩梅, 梁镇海, 韩培德 2012 物理学报 61 077101]

    [2]

    Fujishima A, Honda K 1972 Nature 238 37

    [3]

    Khan S U M, Al-Shahry M, Ingler Jr W B 2002 Science 297 2243

    [4]

    Zhao J, Yang X D 2003 Building and Environment 38 645

    [5]

    Yu X Y, Liang W, Cheng J J 2000 Bulletin of the Chinese Ceramic Society 1 53 (in Chinese)[于向阳, 梁文, 程继健 2000 硅酸盐通报 1 53]

    [6]

    Chen X B, Liu L, Yu P Y, Peter Y Yu, Samuel S Mao 2011 Science 331 746

    [7]

    Wang Y, Feng Q, Wang W H, Yue Y X 2012 Acta Phys. Sin. 61 193102 (in Chinese) [王寅, 冯庆, 王渭华, 岳远霞 2012 物理学报 61 193102]

    [8]

    O'Regan B, Grätzel M 1991 Nature 353 737

    [9]

    Ashino M, Uchihashi T, Yokoyama K, Sugawaraa Y, Moritab S, Ishikawaa M 2000 Applied Surface Science 157 212

    [10]

    Hebenstreit E L, Hebenstreit W, Diebold U 2000 Surface Science 461 87

    [11]

    Wang Y J, Wang C Y, Wang S Y 2011 Chin. Phys. B 20 036801

    [12]

    Asari E, Souda R 2004 Solid State Communications 129 15

    [13]

    Cui W Y, Liu Z Z, Jiang Y J, Wang N, Feng J K 2012 Acta Chim. Sinica 70 2049 (in Chinese) [崔文颖, 刘子忠, 蒋亚军, 王娜, 封继康 2012 化学学报 70 2049]

    [14]

    Simon D, Simon P, Bates Y 2003 Phys. Rev. B 67 035421

    [15]

    Xiao B, Feng J, Chen J C, Yan J K, Gan G Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 3769 (in Chinese) [肖冰, 冯晶, 陈敬超, 严继康, 甘国友 2008 物理学报 57 3769]

    [16]

    Wu X Y, Selloni A, Nayak S 2004 J. Chem Phys. 120 4512

    [17]

    Dan C, John T 2002 J. Phys. Chem. B 106 6184

    [18]

    Wang Y 2005 Acta Chim. Sin. 63 1023 (in Chinese) [汪洋 2005 化学学报 63 1023]

    [19]

    Wang Y, Meng L 2005 Acta Phys. Sin. 54 2207 (in Chinese) [汪洋, 孟亮 2005 物理学报 54 2207]

    [20]

    Linsebigler A, Lu G Q, Yates J 1995 Chem. Rev. 95 735

    [21]

    Linsebigler A, Lu G Q, Yates J 1995 J. Chem. Phys. 103 9438

    [22]

    Burnside S D, Shklover V, Barbé Barbe C, Comte P, Arendse F, Brooks K, Grätzel M 1998 Chem. Mater. 10 2419

    [23]

    Labat F, Baranek P, Adamo C 2008 J. Chem. Theory Comput. 4 341

    [24]

    Han Y, Liu C J, Ge Q F 2006 Phys. Chem. B 110 7463

    [25]

    Shen X C 1992 Semiconductor spectrum and optical properties (2nd Ed.) (Beijing: Science Press) (in Chinese) [沈学础 1992 半导体光谱与光学性质(第2版)(北京: 科学出版社)]

  • [1] 张建东, 杨春, 陈元涛, 张变霞, 邵文英. 金原子掺杂的碳纳米管吸附CO气体的密度泛函理论研究. 物理学报, 2011, 60(10): 106102. doi: 10.7498/aps.60.106102
    [2] 樊群超, 孙卫国, 李会东, 冯灏. CO电子基态P线系跃迁谱线的理论研究. 物理学报, 2011, 60(6): 063301. doi: 10.7498/aps.60.063301
    [3] 罗文华, 蒙大桥, 李 赣, 陈虎翅. CO在Pu(100)表面吸附的研究. 物理学报, 2008, 57(1): 160-164. doi: 10.7498/aps.57.160
    [4] 郭鸿涌, 刘宝丹, 唐宁, 罗鸿志, 李养贤, 杨伏明, 吴光恒. Co和稳定元素对Nd3(Fe,Co,M)29(M=Ti,V,Cr) 化合物结构和磁性的影响. 物理学报, 2004, 53(1): 189-193. doi: 10.7498/aps.53.189
    [5] 徐绍言, 陆博翘, 郑亚茹, 孙 雁. 过渡金属Fe,Co,Ni居里点附近热电势的实验研究. 物理学报, 2006, 55(5): 2529-2533. doi: 10.7498/aps.55.2529
    [6] 吴定才, 胡志刚, 段满益, 徐禄祥, 刘方舒, 董成军, 吴艳南, 纪红萱, 徐明. Co与Cu掺杂ZnO薄膜的制备与光致发光研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7261-7266. doi: 10.7498/aps.58.7261
    [7] 徐慧颖, 刘勇, 李仲缘, 杨玉军, 闫冰. CO分子四个电子态的振转谱:两种效应修正方法的比较. 物理学报, 2018, 67(21): 213301. doi: 10.7498/aps.67.20181469
    [8] 刘汝霖, 方粮, 郝跃, 池雅庆. 金红石TiO2中本征缺陷扩散性质的第一性原理计算. 物理学报, 2018, 67(17): 176101. doi: 10.7498/aps.67.20180818
    [9] 刘欢, 李公平, 许楠楠, 林俏露, 杨磊, 王苍龙. Cu离子注入单晶TiO2微结构及光学性质的模拟研究. 物理学报, 2016, 65(20): 206102. doi: 10.7498/aps.65.206102
    [10] 余本海, 陈东. 用密度泛函理论研究氮化硅新相的电子结构、光学性质和相变. 物理学报, 2014, 63(4): 047101. doi: 10.7498/aps.63.047101
    [11] 蒙大桥, 罗文华, 李赣, 陈虎翅. Pu(100)表面吸附CO2的密度泛函研究. 物理学报, 2009, 58(12): 8224-8229. doi: 10.7498/aps.58.8224
    [12] 崔树稳, 李璐, 魏连甲, 钱萍. 双层石墨烯层间限域CO氧化反应的密度泛函研究. 物理学报, 2019, 68(21): 218101. doi: 10.7498/aps.68.20190447
    [13] 郭启云, 彭文屹, 严明明, 郭风丽. Mn70Fe30-xCox (x=0, 2, 4)合金的组织和磁诱发应变. 物理学报, 2013, 62(15): 157502. doi: 10.7498/aps.62.157502
    [14] 唐春梅, 郭微, 朱卫华, 刘明熠, 张爱梅, 巩江峰, 王辉. 内掺过渡金属非典型富勒烯M@C22(M=Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) 几何结构、电子结构、稳定性和磁性的密度泛函研究. 物理学报, 2012, 61(2): 026101. doi: 10.7498/aps.61.026101
    [15] 郑 鹉, 王艾玲, 姜宏伟, 周云松, 李 彤. Co-Pt-C颗粒膜的磁性. 物理学报, 2004, 53(8): 2761-2765. doi: 10.7498/aps.53.2761
    [16] 刘建军. 掺Ga对ZnO电子态密度和光学性质的影响. 物理学报, 2010, 59(9): 6466-6472. doi: 10.7498/aps.59.6466
    [17] 叶贞成, 蔡 钧, 张书令, 刘洪来, 胡 英. 方阱链流体在固液界面分布的密度泛函理论研究. 物理学报, 2005, 54(9): 4044-4052. doi: 10.7498/aps.54.4044
    [18] 曾振华, 邓辉球, 李微雪, 胡望宇. O在Au(111)表面吸附的密度泛函理论研究. 物理学报, 2006, 55(6): 3157-3164. doi: 10.7498/aps.55.3157
    [19] 杨培芳, 胡娟梅, 滕波涛, 吴锋民, 蒋仕宇. Rh在单壁碳纳米管上吸附的密度泛函理论研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3331-3337. doi: 10.7498/aps.58.3331
    [20] 金蓉, 谌晓洪. 密度泛函理论对ZrnPd团簇结构和性质的研究. 物理学报, 2010, 59(10): 6955-6962. doi: 10.7498/aps.59.6955
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  893
  • PDF下载量:  469
  • 被引次数: 0
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)

目录

    /

    返回文章
    返回