论文部分内容阅读
二氧化铈抛光粉由于其特有的Ce-4f电子特性,具有极其良好的抛光性能和化学活性,作为一种性能优良的抛光材料被广泛的用于光学玻璃、显像管、光学电子器件等的抛光。传统的二氧化铈抛光粉虽然抛光精度高、抛光质量好、污染小、使用寿命长,但是其颗粒不均、粘度大、易团聚、易划伤的缺点也不可忽视。科研人员通过大量实验发现对二氧化铈抛光粉进行元素掺杂可以改善其抛光性能,其中Zr元素的掺杂不仅效果明显且更加经济适用。Zr的掺杂不仅使得颗粒更加及均匀,还提高了悬浮性,减少了团聚。为进一步明确Zr掺杂对于CeO2(111)表面结构及电子结构的影响,本文采用第一性原理,计算并分析了 Zr原子的吸附、掺杂,以及Ce、O原子在Zr掺杂前后的CeO2(111)表面体系的吸附迁移,主要的研究内容及结果如下:1.建立CeO2(111)表面体系晶胞模型,并对其进行优化,得到其最优结构和相应参数。在此基础上计算Zr单原子在CeO2(111)表面五个不同高对称位置的吸附能,并比较其大小找到最优吸附位置为氧桥位。算出Zr吸附前后CeO2(111)表面体系的电荷密度、态密度,分析发现,Zr吸附使得体系态密度图中Ce-4f态与O-2p态出现一个间隙态,是由变价的表层Ce1、Ce4原子组成。2.计算Zr吸附的还原CeO2(111)表面体系(Zr/CeO2-x(111))的氧空位形成能并与纯CeO2(111)表面体系的氧空位形成能进行比较,发现Zr的吸附降低了 CeO2(111)表面体系的氧空位形成能。作出Zr/CeO2-x(111)体系的态密度图,可以看出Ce-4f态与O-2p态之间出现两个间隙态,分别由4个表层Ce原子组成。3.通过计算Zr在CeO2(111)表面体系中不同掺杂形式的原子平均形成能,发现最佳掺杂形式为取代1个表层Ce原子。计算Zr掺杂对还原体系氧空位形成能的影响,发现Zr的掺杂降低了氧空位形成能。计算出Zr掺杂的未还原和还原体系的表面结构、电子结构,并与未掺杂体系进行比较,发现Zr掺杂对其近邻原子扰动较大,但对体系态密度无明显影响。4.计算并比较Ce、O原子在CeO2(111)表面体系和Ce0.92Zr0.08O2(111)表面体系的吸附迁移,分析发现Zr的掺杂抑制了 CeO2(111)表面Ce、O原子生长,使得晶粒细化,晶体比表面积增大。