金红石型二氧化钛(110)表面SP3杂化气体分子的吸附规律和特性研究

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,研究了SP 3杂化气体分子H 2 O,NH 3和CH 4在金红石相的TiO 2(110)表面的吸附研究发现:。含有氧空位的表面较无氧空位表面更容易吸附气体分子影响吸附稳定性和吸附能的主要因素是分子的极化率,分子极化率越大,吸附越稳定。表面氧空位对分子负电荷中心的吸附是整个吸附的初始。通过微分直径密度和掺杂布居数分析来看,表面与吸附分子存在位移转移,转移电子数量大小为:N> O> C ,吸附方式为化学吸附,吸附稳定性为NH 3> H 2 O> CH 4。通过态密度,吸收谱和反射谱分析发现,表面氧空位缺陷使材料在费米能级附近出现了态密度升高,极大地改变了材料的光学性质,占参与作用;而表面吸附H 2 O,NH 3,CH 4分子后对表面的光学性质影响相对,占辅助作用。 O,N,C原子的电子在费米能级附近的态密度贡献为N> O> C,与转移电子数目顺序一致。相比氧空位表面,吸附CH 4后对材料的光学性质影响不大,但吸附H 2 O和NH 3后其吸收系数和反射率有所降低。这是进一步研究该材料的气敏传感特性提供了理论基础。