【摘 要】
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锐钛矿相金属氧化物XO2(X= Ti,Sn,Zr,Ir)是具有传感特性的常见材料.光学气敏效应是指气体分子吸附在气敏传感材料上,与表面氧空位发生氧化还原反应,由于光学性质发生改变而检
【机 构】
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重庆师范大学物理与电子工程学院,重庆401331;重庆师范大学光学工程重点实验室,重庆400047
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锐钛矿相金属氧化物XO2(X= Ti,Sn,Zr,Ir)是具有传感特性的常见材料.光学气敏效应是指气体分子吸附在气敏传感材料上,与表面氧空位发生氧化还原反应,由于光学性质发生改变而检测出气体的成分和浓度,因此,氧化还原反应的强弱是反应传感性能的核心原因.本文采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了含氧空位的锐钛矿相XO2(X=Ti,Sn,Zr,Ir)表面特性.通过以NH3为目标分子,研究分子表面吸附引起的氧化还原反应的机理,分析不相同的氧化物表面的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等.研究发现:目标分子稳定吸附在氧化物表面后改变材料光学性质.SnO2表面对分子的吸附能最大,IrO2表面与分子的吸附距离最小.NH3分子与表面间存在电荷转移,其转移电子数目大小为:IrO2＞TiO2＞ZrO2＞SnO2,氧化物表面氧化性的大小为:IrO2氧空位＞TiO2氧空位＞ZrO2氧空位＞SnO2氧空位;比较吸收谱和反射谱发生变化最为明显的是TiO2表面.结论,在可见光范围内,波长在400～530 nm时,SnO2表面光学气敏传感效应更好.而在530～760 nm范围TiO2表面光学气敏传感效应更好.
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