3.1. Xây dựng mô hình và xác định các thông số cho việc tính toán: tính toán:
Việc tính toán được thực hiện chủ yếu bằng module CASTEP trong phần mềm Materials Studio 3.2. CASTEP được xây dựng trên cơ sở lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT), sử dụng phương pháp giả thế sóng phẳng để thay thế tương tác của lõi điện tử và hạt nhân lên điện tử hóa trị bằng một thế hiệu dụng, còn các hàm sóng điện tử được khai triển sóng phẳng. Tương tác trao đổi – tương quan giữa các electron được tính bằng phương pháp gần đúng mật độ định xứ LDA hoặc phương pháp hiệu chỉnh gradient GGA.
Để khảo sát ảnh hưởng của N đến tính chất quang xúc tác của TiO2
anatase, chúng tôi xây dựng các mô hình sau:
TiO2 anatase sạch 1x1x1.
Thay thế nguyên tử O bằng nguyên tử N (TiO2-xNx) kí hiệu là Ns, x lấy các giá trị 0.0625; 0.125; 0.25 tương ứng với các mô hình 2x2x1, 2x1x1.
Chèn nguyên tử N vào khoảng trống trong mạng tinh thể (TiO2Ny) kí hiệu là Ni, y lấy các giá trị 0.0625; 0.125; 0.25 tương ứng với các mô hình
2x2x1, 2x1x1.
Khảo sát các trường hợp H2O hấp phụ trên bề mặt TiO2 anatase (TiO2)8 (101) và trên bề mặt TiO2 anatase (101) pha tạp N.
Các tính toán được thực hiện trong điều kiện như sau: Exchange-Correlation LDA với hàm CA – PZ
SCF tolerance
5.10-6 eV/atom Energy change 0.01 eV/Ao Max force 0.02 GPa Max stress
5.10-3Ao Max displacement k – point grid 3x7x3
FFT grid 40x20x48
Bảng 3.1: Điều kiện tính toán
Riêng đối với năng lượng ngưỡng, để chọn được giá trị thích hợp, chúng tôi thực hiện phép tính trong điều kiện trên với các giá trị năng lượng ngưỡng khác nhau. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 290 310 330 350 370 390 410 430 450 dfff gg g Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn kết quả tìm Ecut-off
Trong đó E được tính theo công thức sau:
( ) ( 450 )
total cut off total cut off
E E E E E eV Ecut-off (eV) E eV
Từ đồ thị hình (3.1) cho thấy khi tăng giá trị của năng lượng ngưỡng thì năng lượng toàn phần của hệ sẽ thay đổi theo. Cũng từ đồ thị cho thấy khi năng lượng ngưỡng trong khoảng 380 eV – 450 eV thì năng lượng toàn phần gần như không thay đổi. Do đó ta có thể chọn giá trị năng lượng ngưỡng cho các phép tính sau này trong luận văn là 380 eV.
3.2. Cấu trúc và tính chất quang của TiO2 anatase pha tạp N