TiO2 nanocauruļu fotokatalītiskās aktivitātes kvantu ķīmijas pētījums

Abstract

Darba motivācija ir iegūt modeli, ar kura palīdzību var pētīt titāna dioksīda fotokatalītiskās un optiskās īpašības, jo TiO2 ir perspektīvs materiāls ūdens fotokatalītiskai sadalīšanai. Tā efektivitāti var palielināt, veidojot no tā nanocaurules — enerģētiski stabilas struktūras ar lielu virsmas laukumu un mainot TiO2 aizliegtās zonas platumu. Darbā ir aprakstīta TiO2 nanocauruļu periodisko modeļu reducēšana līdz neperiodiskiem modeļiem. Iegūtie modeļi, izmantojot uz blīvuma funkcionāla teorijas balstītus aprēķinus, tiek salīdzināti ar periodiskajiem modeļiem un tiek novērtēti faktori, kuri ietekmē modeļu elektronisko struktūru. Darba rezultātā ir piedāvāts skaitliskais eksperiments, ar kura palīdzību var noteikt dominejošus faktorus modeļa elektroniskās struktūras uzbūvē.

The motivation for this work is the need for a reliable model for researching the catalytic and optical properties of TiO2 — a prospective photocatalyst for water splitting. Its efficiency can be improved by making it into nanotubes, which are energetically stable structures with a large surface area. Further improvement of its catalytic activity is possible through band gap engineering. This work describes the process of reducing one-dimensional periodic models of TiO2 nanotubes to the non-periodic models. By using density functional theory-based calculations, we compare obtained non-periodic models to periodic nanotubes and assess factors that affect electronic structure of these objects. The work results in an experimental design that can determine the major factor behind the electronic structure of a model.