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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

进入二十世纪以来，能源危机成为一个亟需解决的问题。目前最有发展前景的解决方式即新能源的开发与利用。资源丰富的太阳能作为一种新能源的研究对象，成为探索研究的一个热点。目前太阳能主要运用在有机物的降解、光电催化分解水制氢和制备太阳能电池的方向。而在太阳能的利用过程中，光催化剂是一个重点。如何提高光催化剂的活性是研究的核心内容。tio2因其具有合适的能带电位，具有高化学稳定性，无毒无害，较高的光电转换效率，成本低等等优点被广泛研究。但是由于其较宽的带隙决定其只能被紫外光所激发，但是紫外光在太阳光中占比不到5%，导致很难利用太阳光进行tio2的光催化。

本课题目的在于通过对tio2的掺杂研究，提高tio2的光学特性。

国内外研究现状

张理元等制备了n掺杂tio2纳米管，其研究表明，光催化降解150min后，掺杂n的tio2降低了tio2的纳米管光催化效率提高了11.1%。n的掺杂降低了tio2的禁带宽度，同时降低了电子和空穴的复合机滤，有利于光催化活性的提高。

与其他掺杂方法相比，非金属掺tio2的氧化性能降低，有大量中间产物生成，造成氧化物降解不够彻底，因此，非金属的掺杂还需要更深入的研究。

2. 研究的基本内容

密度泛函理论（density functional theory,dft)作为一个优秀的理论工具，在物理和化学方面都有应用，是用来研究多电子体系电子结构的量子力学方法，常常被应用于研究分子和凝聚态的性质，是凝聚态物理计算材料学和计算化学领域最常用的方法之一。dft可以称为是基于量子力学理论的从头开始计算理论，一般的，我们把基于密度泛函理论的计算称为第一性原理（first-principles）计算。本文将简要介绍一下多体体系处理的born-oppenheiner近似、单电子近似(hartree-fock近似以及dft)。

materials studio是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在pc上的模拟软件。它可以帮助你解决当今化学、材料工业中的一系列重要问题。支持windows 98、2000、nt、unix以及linux等多种操作平台的materials studio使化学及材料科学的研究者们能更方便地建立三维结构模型，并对各种晶体、无定型以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究。

本课题运用materials studio软件，对氧化亚铜建模并掺杂不同浓度的s和p，基于第一性原理对各个结构进行能带和态密度的计算分析。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实验方案：首先建立TIO2的模型，然后对S和P替代 O分别建立了221 的TIO2的超原胞获得共 12 组不同浓度的掺杂情况。本文的工作是使用基于DFT第一性原理的 CASTEP软件包实现的。在计算时参数设置选择超软赝势平面波法，GGA/PBE 交换关联能。平面波截止能Ecut设置为300ev，布里渊区K点网格数取 333。自洽计算收敛精度要求每个原子能量收敛至210^-5ev，原子间相互作用力大小要求不能超过0.5eV/nm，晶体的内应力收敛准则是0.1GPa，原子最大位移收敛标准为2.010^-4 nm。然后进行单点能和相关性质的计算。

4. 参考文献

[1] ShenXT,Zhu LH, Liu GX, et al .Enhanced Photocatalytic Degradation and Selective Removal of Nitrophenols by Using Surface Molecular Imprinted Titania[J].Environment Science Technology.2008, 42(5): 1687-1692. [2] Zhang Q, Lima D Q, Lee I, et al. Angewandte Chemie International Edition [J]. 2011, 123(31): 7226-7230.

[3] Lee I, Joo JB, Yin Y D, et al. Angewandte Chemie International Edition [J]. 2011, 50(43):

[4]徐顺,杨鹏飞,杜宝石等.掺杂TiO2的光催化性能研究进展[J].化学研究与应用, 2003,15（2）;146-150.