电子掺杂和空穴掺杂对WO3电子结构影响的比较研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景:

光催化剂是光催化过程的关键部分，目前在光催化研究中所使用的光催化剂大都是半导体光催化剂必须具有合适的禁带宽度、导带和价带电位.ti0因其化学性质稳定、抗光腐蚀能力强、难溶、无毒、低成本而成为研究中使用最广泛的光催化材料.但是，ti0的禁带宽度达3.2ev，光吸收仅限于紫外光区，只能响应占太阳光谱约5%左右的紫外光，太阳能利用率很低,再加上光生电子空穴对的复合率高，太阳能利用效率仅在l%左右.因此，要提高太阳能利用效率，就必须扩大催化剂响应太阳光波长的范围，即减小半导体催化剂的带隙至2ev左右.这其中，wo₃吸引了人们的注意.wo₃是一种n型催化剂，具有较好的光敏性，良好的电子输运特征以及光腐蚀稳定性.并且相对于其他的光催化剂,wo₃具有较小的带隙，2.8ev，适合吸收可见光，是一种非常有潜力的半导体光催化材料.将wo₃应用在半导体催化剂领域，有两点亟待改进:一是wo₃的带隙还是过大，不能实现对太阳光的有效吸收;二是实验结果显示块体wo₃的导带边比氢的氧化还原势低o.4ev .因此对其进行能带调控的目的一是减小其带隙，二是抬高导带边，增加催化活性. wo₃是一种非常有潜力的光催化材料，但是目前利用掺杂对wo₃进行能带调控的理论研究非常有限.因此研究空穴掺杂或电子掺杂后，wo₃电子结构如何变化，如何影响wo₃体系的能带结构就显得很有意义。

研究目的:

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

（1）调研最新的关于wo₃的晶体结构及电子结构的文献资料，以及掺杂影响过渡金属氧化物性质的机理;

（2）用基于密度泛函理论（dft）的第一性原理方法，优化晶胞几何结构参数;

（3）用hse06方法计算wo₃的总态密度、原子分态密度，探究电子掺杂或空穴掺杂对电子结构的影响。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：采用第一性原理方法

研究步骤：

（1）（1）调研关于wo₃的晶体结构及电子结构的文献资料，以及掺杂影响过渡金属氧化物性质的机理的相关资料。

4. 参考文献

[1]. f. mehmood, r.pachter, n. r. murphy, w. e. johnson. and c. v. ramana, effect of oxygenvacancies on the electronic and optical properties of tungsten oxide from firstprinciples calculations [j]. journal of applied physics, 2016, 120(23): 233105.

[2]. f. wang, c. divalentin. and g. pacchioni, electronic and structural properties of wo3: asystematic hybrid dft study [j]. the journal of physical chemistry c, 2011,115(16): 8345-8353.

5. 计划与进度安排

(1) 2022-03-05～2022-03-11

复习固体理论和量子力学方面的有关知识；学习基本的linux命令；学习用vesta软件作晶体结构图；学习vasp软件的应用，学习如何建立输入文件，如何用vasp计算电子结构，如何从输出文件中获取需要的数据，并用origin作态密度图。

(2) 2022-03-11～2022-03-18