掺杂改性二氧化钛光催化剂的第一性原理研究的任务书任务书一、任务目的本次研究的目的是通过第一性原理计算方法，研究掺杂改性对二氧化钛（TiO2）光催化剂的光催化性能的影响。具体而言，本研究需要探究不同掺杂元素对光催化活性的影响，并找出优化掺杂元素及掺杂浓度的方案。二、任务背景近年来，光催化技术因其高效、环保等特点，逐渐得到人们的关注和研究。而二氧化钛光催化剂由于其良好的稳定性、低毒性和成本低廉等优势，成为了光催化材料中的佼佼者。但是，二氧化钛光催化剂的主要缺陷是其光催化活性低，对可见光的响应较弱。为了解决这个问题，掺杂改性是一种有效的手段。先前的研究发现，在二氧化钛中掺入某些元素，如N、C、F、Sb、Ta等，可以提高其光催化活性。这是因为掺杂元素改变了二氧化钛的电子结构，增加了其光响应程度，并形成缺陷能级，提高了光生电子-空穴的分离速率。三、任务内容1.收集掺杂元素的相关文献，了解其对二氧化钛光催化活性的影响规律。2.建立模型。以VASP或其他第一性原理计算软件为基础，构建不同掺杂元素的二氧化钛晶体模型，考虑其表面状态和水分子的影响。3.进行第一性原理计算。利用导入的掺杂元素重新计算二氧化钛材料的结构、能带、电荷分布等信息，并比较不同掺杂元素对二氧化钛的影响，找出影响最大的元素及其掺杂浓度。4.分析结果和生成报告。将计算结果进行归纳和分析，提出优化掺杂元素及掺杂浓度的建议，并写出研究报告。四、任务要求1.充分了解本领域的前沿动态和理论知识，特别是对于掺杂改性的知识有较为深入的了解。2.具有良好的计算机编程和模型建立能力，熟练使用第一性原理计算软件及相关工具。3.具备分析原子结构、能带结构、电荷密度等方面的计算能力。4.良好的英文阅读和撰写能力，能够阅读相关文献并进行英文报告撰写。五、任务周期本次任务周期为3个月，其中第一个月主要用于文献调研和模型构建，第二和第三个月则进行计算和分析，并完成报告的撰写。如有必要，任务周期可以根据实际情况进行适当调整。六、任务经费本次研究所需经费为人民币20万元，主要包括计算资源使用费、实验材料及设备费用和研究人员工资等方面的支出。经费支出应按照实验室的财务规定进行管理。七、预期产出1.深入探究掺杂元素对二氧化钛光催化活性的影响规律。2.找出影响最大的掺杂元素及其掺杂浓度，提出优化方案。3.发表相关学术论文，参加相关学术会议，促进知识交流和技术创新。