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学术讲座【TiO2面上电荷计数模型与水的分解】

时间:2017-12-04浏览:13设置

时间:2017年12月6日(周三)10:40-11:20

地点:旗山校区理工3号楼303会议室

主讲:中国科学院物理所量子模拟中心 徐力方研究员、主任工程师

主办:物理与能源学院、福建省量子调控与新能源材料重点实验室、福建省太阳能转换与储能工程技术研究中心

专家简介:徐力方,1984年中国科技大学近代物理系理论物理专业获学士学位, 师从于渌教授。1989年意大利International School for Advanced Studies (SISSA)获硕士和博士学位,师从E. Tosatti、M. Parrinello、A. Selloni., 后在中国科学院理论物理所和瑞典UMEA大学理论物理系从事博士后研究。2005年至今任中国科学院物理所量子模拟中心研究员、主任工程师。主要从事量子物理解析解、计算物理、计算机管理等领域的研究。

报告摘要:自从上世纪70年代发现二氧化钛(TiO2)能分解水以来,人们已对其开展了大量的研究,且在多个领域得到了广泛应用。由于二氧化钛的性质取决于其表面的特性,我们提出了一个定性描述表面活性的电荷计数模型:在TiO2的晶体结构中,Ti原子与周围的O原子成六配位,对于最外层具有4个电子的Ti原子来说,平均到每个键上的电子为4/6(即2/3),因此,表面上四配位的Ti原子有两个不饱和键可以与水分子相互作用并且提供4/3的电子,能够造成水分子的分解,表面上五配位的Ti5原子仅能提供2/3的电子参与相互作用,不足以赶走水中的氢原子。我们首先用第一性原理方法计算锐钛矿TiO2(211)面的性质验证了该模型,TiO2(211)面上同时存在有Ti4和Ti5原子,计算表明Ti4原子能够分解水,而Ti5原子难以分解水。从而,这个简单的电荷计数模型成功地解释了水分子分解的机理。在此基础上,我们进一步地大量地调研了文献中关于水分解的各种情形,发现所有能够分解水的TiO2表面,以及台阶和边角上都存在有等价于Ti4的原子,而不具有Ti4原子的面则不能分解水。因而,电荷计数模型对于水在TiO2各种表面的分解行为的理解有着普适的意义。


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