升温烧结过程中TiO2纳米颗粒的原子分类分析(I)：表面原子识别

苗　竹　张　海　杨海瑞

(清华大学热能工程系，热科学与动力工程教育部重点实验室，北京100084)



升温烧结过程中TiO2纳米颗粒的原子分类分析(I)：表面原子识别

苗竹张海*杨海瑞

(清华大学热能工程系，热科学与动力工程教育部重点实验室，北京100084)

开发表面原子识别模型，对单个TiO2颗粒升温烧结过程中表面原子进行分类研究。模型对颗粒空间立方体网格化，利用标准球形颗粒体积积分法确定最佳网格尺寸为0.3 nm。通过表面网格识别实现表面原子分类，采用近邻网格中外部网格数量(Next)作为准则数判断目标网格是否为表面网格，确定最佳Next=9。基于LAMMPS软件模拟了半径为0.75 nm颗粒的升温过程，发现系统能量弛豫速度明显高于结构弛豫速度；利用表面识别模型分类分析原子特性，表面原子平均位移大于内部原子，且表面O原子迁移活性高于Ti原子；表面原子配位数低于内部原子，佐证表面结构规律性较差。研究结果为深入分析纳米材料活性位等结构分布奠定基础。

TiO2；纳米颗粒；分子动力学；表面识别；表面原子

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1　引言

二氧化钛(TiO2)是一种典型n型半导体金属氧化物1,2，其锐钛矿型晶相具有较高活性3,4，在气体传感器5－7、催化剂8,9和染料敏化太阳能电池10,11等方面得到广泛应用。近年来，人们发现火焰合成法制备TiO2纳米颗粒不仅经济，而且具有粒度分布可控、产物纯度高的特点12,13；同时，火焰合成法可以直接成膜制备气体传感器，具有明显优势14,15。

TiO2纳米颗粒的表面特性是影响传感器气敏感应性能的主要因素。……