Properties of binary oxides : a DFT study
Miroshnichenko, Olga (2019-06-14)
https://urn.fi/URN:ISBN:9789526223018
Kuvaus
Tiivistelmä
Abstract
Titanium dioxide nanoparticles are used in an enormous amount of applications. Their properties are different from bulk TiO₂ and are affected by adsorbates that are unavoidably present on the surface. In this thesis, the effect of OH and SO₄ groups (the adsorbants present on the surface during manufacturing) on the properties of anatase-structured TiO₂ nanoparticles is studied. It was found that the above mentioned groups change both the geometric and electronic structure of nanoparticles, resulting in changes in the photoabsorption spectrum.
Bader charges are calculated using electron density from Density Functional Theory calculations. They can be used for determination of the oxidation state of the atom. The relation between computed partial charges and oxidation states for binary oxides using data from open materials database has been demonstrated in this work using a linear regression. The applicability of the oxidation state determination by Bader charges for mixed valence compounds and surfaces is considered.
Tiivistelmä
Titaanidioksidinanopartikkeleita käytetään lukuisissa sovelluksissa. Niiden ominaisuudet poikkeavat kiinteän TiO₂:n ominaisuuksista, ja niihin vaikuttavat pinnalle väistämättä absorboituvat aineet. Tässä työssä on tutkittu OH- ja SO₄-ryhmien vaikutusta anataasirakenteisten TiO₂-nanopartikkelien ominaisuuksiin. Tällaisia ryhmiä esiintyy yleisesti nanopartikkelien pinnalla valmistusprosessien aikana. Työssä havaittiin, että nämä ryhmät muuttavat nanopartikkelien rakenteellisia ja sähköisiä ominaisuuksia, ja siten vaikuttavat myös fotoabsorptiospektriin.
Baderin varaukset voidaan laskea käyttäen tiheysfunktionaaliteoriaan perustuvista laskuista saatavaa elektronitiheyttä. Niitä voidaan käyttää atomin hapetustilan laskemiseen. Tässä työssä on osoitettu, että binääristen oksidien tapauksessa laskettujen osittaisvarauksien ja hapetustilan välillä on yhteys. Tämä yhteys voitiin osoittaa käyttämällä lineaarista regressiota. Työssä tarkastellaan myös menetelmän soveltuvuutta hapetustilojen määrittämiseen sekavalenssiyhdisteille ja pinnoille.
Original papers
Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.
Miroshnichenko, O., Auvinen, S., & Alatalo, M. (2015). A DFT study of the effect of OH groups on the optical, electronic, and structural properties of TiO₂ nanoparticles. Physical Chemistry Chemical Physics, 17(7), 5321–5327. https://doi.org/10.1039/c4cp02789b
Miroshnichenko, O., Posysaev, S., & Alatalo, M. (2016). A DFT study of the effect of SO4 groups on the properties of TiO₂ nanoparticles. Physical Chemistry Chemical Physics, 18(48), 33068–33076. https://doi.org/10.1039/c6cp05681d
Posysaev, S., Miroshnichenko, O., Alatalo, M., Le, D., & Rahman, T. S. (2019). Oxidation states of binary oxides from data analytics of the electronic structure. Computational Materials Science, 161, 403–414. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.01.046
Osajulkaisut
Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon.
Miroshnichenko, O., Auvinen, S., & Alatalo, M. (2015). A DFT study of the effect of OH groups on the optical, electronic, and structural properties of TiO₂ nanoparticles. Physical Chemistry Chemical Physics, 17(7), 5321–5327. https://doi.org/10.1039/c4cp02789b
Miroshnichenko, O., Posysaev, S., & Alatalo, M. (2016). A DFT study of the effect of SO4 groups on the properties of TiO₂ nanoparticles. Physical Chemistry Chemical Physics, 18(48), 33068–33076. https://doi.org/10.1039/c6cp05681d
Posysaev, S., Miroshnichenko, O., Alatalo, M., Le, D., & Rahman, T. S. (2019). Oxidation states of binary oxides from data analytics of the electronic structure. Computational Materials Science, 161, 403–414. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.01.046
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [37957]