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第1章 绪论1

1.1 TiO2光催化材料的研究背景1

1.2 TiO2表面物理化学概况3

1.2.1 TiO2的晶体结构3

1.2.2 TiO2的电子结构5

1.2.3 TiO2的活性8

1.3 TiO2的光催化过程与影响因素9

1.3.1 TiO2光催化氧化还原反应的原理9

1.3.2 TiO2光催化效率的影响因素12

1.4 TiO2光催化应用的研究进展14

1.4.1 TiO2光催化制备的实验研究14

1.4.2 TiO2光催化剂的改性研究16

1.4.3 TiO2光催化性能的计算研究17

1.4.4 TiO2光催化剂的表面吸附的计算研究18

1.4.5 TiO2光催化剂的掺杂改性的计算研究19

1.5 本书所做的主要工作22

1.6 本章小结26

第2章 电子结构理论基础28

2.1 引言28

2.2 波恩-奥本海默（BO）近似29

2.3 密度泛函理论31

2.4 交换-关联能近似33

2.4.1 局域密度近似（LDA）33

2.4.2 广义梯度近似（GGA）34

2.4.3 杂化泛函35

2.4.4 LDA＋U方法36

2.5 赝势平面波方法37

2.6 QUANTUM ESPRESSO程序包简介40

第3章 甲醛（HCHO）在TiO2表面吸附42

3.1 引言42

3.2 计算方法与结构模型43

3.3 HCHO在金红石型TiO2（110）面的吸附46

3.4 HCHO在锐钛矿型TiO2（101）面的吸附48

3.5 HCHO在锐钛矿型TiO2（001）-（1×1）表面的吸附51

3.6 HCHO在锐钛矿型TiO2（001）-（1×4）重构面的吸附54

3.7 电子结构分析57

3.8 振动频率分析61

3.9 本章小结62

第4章 甲醛（HCHO）在TiO2-B（100）面的吸附64

4.1 引言64

4.2 计算方法与结构模型66

4.3 清洁的与羟化的TiO2-B（100）面的结构68

4.3.1 清洁的TiO2-B（100）面68

4.3.2 羟化的TiO2-B（100）面69

4.4 HCHO在TiO2-B（100）面的吸附构型70

4.4.1 HCHO在清洁TiO2-B（100）面的吸附构型70

4.4.2 HCHO在羟化TiO2-B（100）面的吸附构型73

4.4.3 覆盖率的影响78

4.5 HCHO在TiO2-B（100）面的吸附机制80

4.5.1 TiO2-B（100）清洁表面与羟化表面的电子结构80

4.5.2 HCHO分子吸附在TiO2-B（100）清洁面与羟化面的电子结构83

4.6 本章小结89

第5章 分子在F掺杂的锐钛矿型TiO2（001）面上的吸附91

5.1 前言91

5.2 计算方法与结构模型93

5.3 F掺杂的锐钛矿（001）表面95

5.4 气体分子的吸附98

5.4.1 O2的吸附98

5.4.2 CO的吸附102

5.4.3 NO的吸附105

5.4.4 NO2的吸附109

5.4.5 SO2的吸附112

5.5 本章小结116

第6章 总结与展望118

6.1 主要发现与结论118

6.2 对TiO2光催化研究领域的展望123

参考文献125