SLIDE: NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỰ HẤP PHỤ CO TRÊN BỀ MẶT TiO2 ANATASE (001)

Môi trường sống của chúng ta đang bị đe dọa bởi các chất thải công nghiệp… Trong số các chất gây ô nhiễm môi trường, đáng chú ý là Cacbon Mônôxít (CO). Khả năng hấp phụ khí của TiO2 đã và đang được nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm. Bên cạnh đó, vật lý mô phỏng là một lĩnh vực rất quan trọng trong nền vật lý hiện đại. Nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu trúc điện tử của bề mặt TiO2 anatase (001) (1×4). Tối ưu cấu trúc hình học, tính mật độ điện tử và khảo sát sự phân bố điện tích của bề mặt TiO2 anatase (001) (1×4) trước và sau khi hấp phụ CO. Khảo sát sự dịch chuyển của phân tử CO trên bề mặt TiO2 anatase (001) (1×4).

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

KHOA VẬT LÍ

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỰ HẤP

ANATASE (001)

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS Nguyễn Minh Thủy

MỞ ĐẦU

• Môi trường sống của chúng ta đang bị đe dọa bởi các chất thải

công nghiệp… Trong số các chất gây ô nhiễm môi trường, đáng chú

ý là Cacbon Mônôxít (CO)

• Khả năng hấp phụ khí của TiO2 đã và đang được nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm

• Bên cạnh đó, vật lý mô phỏng là một lĩnh vực rất quan trọng trong nền vật lý hiện đại

Đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng sự hấp phụ CO

trên bề mặt TiO 2 anatase (001)”

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

• Nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu trúc điện tử của bề mặt TiO2

anatase (001)- (1×4)

• Tối ưu cấu trúc hình học, tính mật độ điện tử và khảo sát sự phân

bố điện tích của bề mặt TiO2 anatase (001)- (1×4) trước và sau khi hấp phụ CO

• Khảo sát sự dịch chuyển của phân tử CO trên bề mặt TiO2 anatase

• Hai dạng thù hình được quan

tâm hơn là anatase và rutile

• Anatase và rutile có cấu trúc

bát diện

• Pha anatase chuyển thành

rutile ở nhiệt độ cao

• Tinh thể anatase tinh khiết

thuộc loại tứ diện

(tetragonal), với 4 nguyên tử

Ti và 8 nguyên tử O trong 1

ô ơ sở

anatase rutile

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ TIO2

PHẦN 2 KĨ THUẬT TÍNH TOÁN

• Lí thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) được sử dụng rộng rãi hiện nay trong các tính toán cấu trúc vật liệu

• Biến số cần thiết duy nhất là hàm mật độ điện tử n(r)

• Dựa trên 2 định lí cơ sở:

 Định lí HK1: Mật độ điện tử ở trạng thái cơ bản no(r) xác

định thế Vext duy nhất (sai khác một hằng số cộng)

 Định lí HK2: Mật độ trạng thái cơ bản no(r) cực tiểu hóa phiếm hàm năng lượng toàn phần E[n(r)]

trong đó F[n] = T[n] + E [n] bao gồm tất cả nội năng

LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ

• Kohn và Sham đề xuất cách xấp xỉ cho hàm F[n]

trong đó

T s [n] là động năng của hệ electron không tương tác

2 ( ) ( ) [ ] [ ] [ ]

• Nếu biết E xc, các phương trình KS có thể giải theo cách tự hợp

• Tính đến cả năng lượng trao đổi và tương quan

• Gần đúng cho E xc: gần đúng LDA và GGA được sử dụng rộng rãi

PHẦN 2 KĨ THUẬT TÍNH TOÁN

PHƯƠNG TRÌNH KOHN-SHAM

• Phần mềm Materials Studio (MS)

là một phần mềm ứng dụng mô

phỏng và mô hình hóa vật liệu

• Gói chương trình Dmol3 của phần

mềm MS cho phép bạn xây dựng cấu trúc điện tử và năng lượng của phân tử, chất rắn và năng lượng bề mặt Phần mềm này sử

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MS

PHẦN 2 KĨ THUẬT TÍNH TOÁN

PHẦN 3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Nội dung trình bày trong phần này là:

2 Mô phỏng bề mặt TiO2 anatase (001)-(1×4)

3 Xây dựng các mô hình hấp phụ

4 Tối ưu cấu trúc hình học của các mô hình hấp phụ

5 Năng lượng hấp phụ của các mô hình hấp phụ

6 Sự phân bố điện tử của các mô hình hấp phụ

7 Sự linh động của phân tử CO trên bề mặt TiO2 anatase (001)-(1×4)

1 Mô phỏng vật liệu TiO2 và chọn hàm tính toán

1 Mô phỏng vật liệu TiO 2 và chọn hàm tính toán

2 Mô phỏng bề mặt TiO 2 anatase (001)-(1×4)

• Xây dựng bề mặt TiO2 anatase (001) từ ô tinh thể TiO2 anatase

• Bề mặt TiO2 anatase (001) không tồn tại ở trạng thái lý tưởng mà

bị biến tính thành bề mặt TiO anatase (001)-(1×4)

2 Mô phỏng bề mặt TiO 2 anatase (001)-(1×4)

30Å

• Để đảm bảo cho các nguyên tử giữa các lớp không tương tác với nhau

Xây dựng bề mặt TiO2 anatase (001)-(1×4) trong supercell có

kích thước lớn với độ dày lớp chân không là 30Å (hình bên trái)

3 Xây dựng các mô hình hấp phụ

a) CO-top b) CO-side1 c) CO-side2

e) OC-side1 f) OC-side2d) OC-top

Ti C O

4 Tối ưu cấu trúc hình học của các mô hình hấp phụ

OC-top

5 Năng lượng hấp phụ của các mô hình hấp phụ

Mô hình CO-top CO-side1 CO-side2 OC-top OC-side1 OC-side2

Mô hình hấp phụ hóa học :CO-top, OC-side1

Mô hình hấp phụ vật lí : CO-side1, CO-side2,

OC-top, OC-side2

Mô hình CO-side2 bền vững nhất

E = E surf-CO – ( E surf + E CO )

6 Sự phân bố điện tử

Δρ = ρsur-CO - (ρsur + ρCO)

6 Sự phân bố điện tử

Lượng điện tử biến đổi

7 Sự linh động của phân tử CO khi hấp phụ trên

7 Sự linh động của phân tử CO khi hấp phụ trên

Ebarrier và Ereaction nhỏ (<200meV)

Phân tử CO linh động trên bề mặt TiO 2

anatase (001) –(1×4)

• Nghiên cứu khả năng dịch chuyển của phân tử CO trên bề mặt

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Tính toán nồng độ CO bị hấp phụ trên bề mặt TiO2 anatase

XIN CHÂN THÀNH

CẢM ƠN

Tối ưu cấu trúc hình học của các mô hình hấp phụ

Mô hình CO-top sau khi tối ưu

• Liên kết Ti(5)-O(2) bị phá vỡ

• Liên kết Ti-C-O được hình thành

Mô hình OC-side1 sau khi tối ưu

Hấp phụ hóa học