二氧化钛表面结构和催化活性的密度泛函理论研究

摘要

二氧化钛(TiO2)是一种十分重要的金属氧化物，具有很多特殊的物化性质，在生产生活的许多领域，尤其是催化，环保和能源利用等方面有着非常广泛的应用。二氧化钛表面性质不仅会影响实际应用中各种二氧化钛材料的外观形态，还会直接决定它的活性。因此，针对二氧化钛表面的研究对我们深入理解认识二氧化钛并更好的加以利用有着非常重大的意义。自然界二氧化钛有三种主要存在形式，金红石(rutile)，锐钛矿(anatase)和板钛矿(brookite)，其中对金红石二氧化钛有着众多深入的研究。而尽管表现出一些更为突出的特性，锐钛矿和板钛矿二氧化钛的研究却相对缺乏。在本文中我们利用计算机模拟和基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法研究了锐钛矿二氧化钛的最主要表面-(101)面上的缺陷结构，以及板钛矿二氧化钛各基本表面的结构，并和已有的实验结果进行比较。我们的计算结果表明，表面不同性质结构的存在均受到了暴露原子的配位数和密度的影响，而这些因素也将影响各表面以及表面缺陷的催化活性。