论文摘要
作为重要的宽带系半导体材料,二氧化钛已经被广泛应用于很多研究领域。实验研究发现锐钛矿和金红石的主要形式分别是(101)和(110)表面。因此,在本篇文章中我们研究了从金红石(110)面构造形成的二氧化钛纳米管及其阵列形成和性质的密度泛函理论研究。我们根据石墨烯形成碳纳米管的方法,提出了由单层金红石(110)薄片形成二氧化钛纳米管的方法。经过研究发现二氧化钛纳米管的电子结构性质与其手性、原子配位等因素有很大联系。在分子动力学模拟情况下,经过密度泛函理论计算而得到的几何结构在不同温度下可能是以单相或者混合相的形式存在,与几何优化的结果基本相符。关于二氧化钛纳米管阵列,实验上已经可以合成。本文中我们首次建立了二氧化钛纳米管阵列的理论模型。并且通过密度泛函理论计算,我们发现它的形成能与(110)表面是非常接近。通过密度泛函理论计算和吉布斯自由能的分析,我们考查了水分解在二氧化钛纳米管及其阵列上的热力学性质。水分解的超电势在二氧化钛纳米管的外面是0.51eV,里面是1.0eV而在纳米管阵列里是1.13eV。此外根据吉布斯自由能图表可以看出它们的决速步骤都是第一个水分子解离产生OH。
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