非金属掺杂TiO2可见光致活机理的量子化学研究

非金属掺杂TiO2的发现及其作为可见光催化剂的成功应用被认为是近年来光催化领域具有开创意义的成就。非金属掺杂锐钛矿型TiO2可在温和的反应条件下催化分解各种有害污染物如染料、有机卤化物、农药、NOx等。且该过程具有高活性、高稳定性及环保等优点。然而目前TiO2晶格中掺杂元素的作用机制仍在争议中，且对掺杂TiO2材料的可见光致活机理尚未形成一致看法。本工作拟应用量子化学计算方法从原子水平上研究掺杂原子在TiO2晶格中的三种基本掺杂方式及多种掺杂方式共存情形下掺杂质的作用机制。在此基础上考察两种优选元素共掺杂TiO2的结构及其性质，并进一步考察氧空位的对非金属掺杂TiO2材料可见光活性的影响，对掺杂质在TiO2晶格中的局域几何结构、化学环境及材料电子结构和光吸收行为等进行研究，确定详细的可见光致活机理，为实现TiO2可见光催化剂的分子设计及反应条件优化提供理论基础。