二氧化鈦光催化降解甲醛的第一原理研究的開題報告

二氧化鈦光催化降解甲醛的第一原理研究的開題報告一、研究背景和意義甲醛是室內(nèi)空氣中的有害物質(zhì)之一，長期接觸可以導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)、皮膚和眼睛等方面的病變。因此，甲醛的清除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題之一。目前，常用的清除甲醛的方法有吸附法、光催化法、生物法等。其中，光催化法具有操作簡便、無二次污染等優(yōu)點，因此越來越受到人們的關(guān)注。二氧化鈦光催化降解甲醛是一種常用的方法。以二氧化鈦為光催化劑，將其置于紫外線照射下，可以使甲醛在短時間內(nèi)光降解，并產(chǎn)生無害的CO2和H2O等物質(zhì)。但目前對于此類光催化反應(yīng)的機(jī)理研究還不夠深入，因此有必要通過第一原理計算方法來深入探究其反應(yīng)機(jī)理。本研究旨在通過第一原理研究二氧化鈦光催化降解甲醛反應(yīng)過程，為光催化領(lǐng)域的理論研究提供一定的參考。二、研究內(nèi)容本研究主要內(nèi)容包括以下幾個方面：1.基于第一原理計算方法對二氧化鈦材料的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算和分析，并確定其光吸收范圍。2.以催化反應(yīng)中的甲醛分子和二氧化鈦粒子表面如TiO2(001)等為研究對象，計算分析其幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，并探究其反應(yīng)機(jī)理。3.通過計算分析光催化降解甲醛過程中的能量變化、反應(yīng)物吸附和分子間相互作用等關(guān)鍵問題，探究反應(yīng)的機(jī)理和調(diào)控方案。三、研究方法和技術(shù)路線本研究主要采用第一原理計算方法，使用材料計算軟件VASP和Gaussian等對反應(yīng)物、催化劑和反應(yīng)過程進(jìn)行計算和分析。流程如下：1.通過雜化泛函密度泛函理論(HybridDensityFunctionalTheory,H-DFT)計算二氧化鈦的電子結(jié)構(gòu)和光吸收范圍。2.采用Gaussian軟件對化合物的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算和分析。3.采用VASP對二氧化鈦表面如TiO2(001)等進(jìn)行模擬計算，探究反應(yīng)過程中分子間相互作用等關(guān)鍵問題。4.通過計算分析反應(yīng)過程中的能量變化和反應(yīng)物吸附等關(guān)鍵參數(shù)，探究反應(yīng)機(jī)理和調(diào)控方案。四、預(yù)期成果本研究預(yù)期獲得以下幾個成果：1.探究二氧化鈦材料的電子結(jié)構(gòu)和光吸收范圍，為光催化反應(yīng)提供理論基礎(chǔ)。2.確定甲醛分子和二氧化鈦表面幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，闡明反應(yīng)過程中的分子間相互作用等關(guān)鍵問題。3.分析光催化降解甲醛的反應(yīng)機(jī)理和關(guān)鍵參數(shù)，為光催化領(lǐng)域的理論研究提供參考。4.提出二氧化鈦光催化降解甲醛的調(diào)控方案，為實際應(yīng)用提供指導(dǎo)和參考。五、研究時間和進(jìn)度安排本研究計劃于2022年6月開始，歷時2年。第一年:確立計算方法，完成對二氧化鈦材料的電子結(jié)構(gòu)和光吸收范圍的計算和分析，以及對催化反應(yīng)中的甲醛分子和二氧化鈦表面如TiO2(001)等的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算和分析。第二年:完