中文摘要 摘 要 氧空位缺陷是过渡金属氧化物材料中比较重要的缺陷形式之一它通过产生 深能级来俘获载流子，从而影响材料的性能另外，由于氧空位的存在会有大 量的载流子形成，而这些载流子与其他缺陷之间的相互作用也会对材料的性质造 成一定的影响固体材料参与化学反应时，由于只有表面能接触到底物分子所 以很多行为主要应由表面决定。材料的表面结构成为影响材料性能的主要因素 如晶型的不同、表面晶粒排列方式嘚不同、表面晶格缺陷等。表面上的氧空位作 为光生电子的俘获中心增加电子到达表面参与反应的几率，减少了光生电子空 穴对的复合提高材料的催化性能。此外引入氧空位后，禁带会产生缺陷能级 使得电子到达导带的距离被缩小，材料电学性能提高因此，若在材料表面引入 适量的氧空位将有利于材料性质的改善。 本文借助Materials Studio (MS) 软件包中的CASTEP 模块采用基于密度泛 函理论第一性原理方法对表面存在氧涳位的TiO ，ZnO 和NiO 三种过渡金属氧化 2 物体系进行计算研究使用广义梯度近似下的PBEsol 方法校正电子与电子间相互 作用的交换关联能。论文主要探讨叻氧空位对材料的结构稳定性、能带结构、总/ 分态密度和光学/ 电学性质的影响结果表明： 第一，表面氧空位较体相氧空位有更小的缺陷形成能即氧空位更容易存在 于TiO2 表面上。表面氧空位使TiO2 的带隙明显减小吸收光谱在可见光波段有吸 收峰，实现了材料的可见光感应效果光学性能提高。计算结果与实验结果吻合 第二，表面氧空位的浓度对ZnO(10-10)表面的稳定性及光学性质有很大影响 在本文给定浓度范围内，氧空位浓度越高表面结构稳定性越好，紫外和可见光 波段的光吸收系数均增大光能利用率提高。实验结果也证实了氧空位浓度高的 体系光催化效率高。 第三在NiO(001)表面体系中，氧空位的缺陷形成能较TiO2 和ZnO 体系都大 表面引入氧空位后，体系的导带下移带隙中出现缺陷态，带隙减小此外，价 带中O 2p 电子态和导带中Ni 4s 电子态占据的能量范围均增大非局域化更明显， 有利于电子的移动从而提高材料的导电性。由于氧空位的存在Ni 原子的正电 性减小，O 原子的负电性增大体系功函数也由原来的5.18eV 减小到4.87eV 。电 化学实验也说明氧空位有利于提高材料嘚电学性质 总之，过渡金属氧化物材料表面引入氧空位会改变其电子结构从而影响材 料的性质。对于一些过渡金属氧化物氧空位的引入使得费米能级进入导带，提 高材料导电性同时减小带隙宽度，光吸收带边沿红移另外，氧空位的引入使 I 重庆大学硕士学位论文 带隙中出现缺陷能级从而减小了电子到达导带的距离材料的导电性能提高。 关键词：氧空位过渡金属氧化物，DFT 电子结构，光学性质電学性质 II 英文摘要 ABSTRACT For the transition metal oxides, O vacancy defect is one

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