金属氧化物半导体材料光电性质模拟计算开题报告

1. 研究目的与意义

1972年a.fujishima和k.honda 在“nature”上发表了关于在n 型半导体tio2电极上光解水的论文,开创了多相光电催化的新纪元,自此半导体光催化技术的基础理论和提高光催化性能的研究就成为该领域的热点内容。1976年carey等在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作,开辟了光催化技术在环保领域的应用前景,从此掀起了全世界范围内对半导体光催化技术这一新兴领域的研究热潮。 其基本原理是用半导体作光催化材料(或与某种氧化剂结合),在特定波长的光辐射下在半导体表面产生氧化性极强的空穴或反应性极高的羟基自由基。这些氧化活性离子与有机污染物、病毒、细菌发生强烈的破坏作用,导致有机污染物被降解,病毒与细菌被致灭,从而达到降解环境污染物净化环境(水、空气)和抑菌杀菌的作用。

半导体材料的光电性质一定程度上反映了其光催化活性的强弱。通过查阅大量文献，我们可以知道在氧化锌和二氧化钛中，二氧化钛的锐钛矿的光催化效果最好。本课题从materials studio软件出发，通过对三种半导体材料的光学性质以及电学性质的模拟计算研究，分析所得到的图谱以此来验证锐钛矿的光催化性能。

2. 课题关键问题和重难点

模拟计算分析氧化锌、锐钛矿型二氧化钛以及金红石型二氧化钛的光电性质，需要前期阅读大量文献了解半导体材料的催化机理以及光催化的影响因素以此来确定影响催化的关键因素。在做完前期的工作后，需要阅读materials studio软件的相关教程以及视频，熟练掌握软件的使用方法。最后我们就可以进行软件的模拟计算，这也是该课题的难点。在分析研究所得图谱时，我们需要阅读相关文献弄清楚各个图谱的坐标轴所代表的含义以及图谱的内容所能得到的数据，我们需要对比分析三种半导体材料的数据来验证锐钛矿的光催化性能。

3. 国内外研究现状（文献综述）

随着染料工业的迅速发展，染料品种和数量日益增加，由各种途径进入周围环境的染料废水直接或间接地危害人类的健康。据统计，全世界每年以废弃物形式向环境中排放染料约6万吨左右。高色度的印染废水是目前公认的有害工业废水，其中主要含有染料等难生物降解的有机物，由于其色度和有机物浓度高，对环境影响较大，因此，在排放前需进行降解脱色处理。目前较为成熟的方法主要有活性污泥法 、生物膜法和物理、化学方法。进入80年代，由于印染工业中染料多采用难生物降解的高分子物质，虽然有关科技工作者进行了优良菌种筛选和高效混凝剂的研究，并用生化-物化多级串联的方法进行了中试研究，取得了良好的效果。但由于这些处理方法对印染废水的深度处理难以达到理想的效果，所以，近十几年来，一种以半导体为催化剂的光催化处理方法正受各国环境科学工作者的关注，并已开始对印染废水处理的研究。

染料污染物的吸收可见光中存在一定的特殊性，研究大多基于日光催化。光催化材料利用光子的能量来催化化学反应。据我国国家自然科学基金委员会统计,光催化材料项目逐渐增加呈现活跃势头。邹志刚等在户外实际太阳光下光催化分解水制氢,突破了仅限于紫外光催化的局限,实现了自然光催化的重大飞跃。

4. 研究方案

模拟计算步骤

1、建立晶体

5. 工作计划

第1-2周 确认毕业论文题目，完成相关资料查阅

第3-4周 完成开题报告和文献翻译，并制定文章主体与结构

第5周继续查阅大量与本课题相关的文献、资料，模拟计算相关化合物的结构