前言第1章半导体光催化技术的发展与研究进展1?1光催化的发现、定义和发展历程1?2光催化技术的应用1?2?1太阳能光催化分解水制氢1?2?2纳米晶染料敏化太阳能电池1?2?3环境污染治理1?2?4光催化有机合成1?2?5防雾、自清洁1?2?6抗菌消毒和癌症治疗1?3半导体光催化技术的基本原理1?4影响光催化性能的关键因素1?4?1光源1?4?2反应条件1?4?3光催化材料的电子结构1?4?4光催化材料的晶体结构1?4?5光催化材料的晶格缺陷1?4?6光催化材料的表面结构1?4?7光催化材料的界面结构1?4?8光催化材料的纳米结构1?5光催化技术的实验研究进展1?5?1光催化机理的研究进展1?5?2传统光催化材料的改性研究1?5?3新型光催化材料的开发与探索1?5?4光催化表面问题的研究进展1?5?5光催化界面问题的研究进展1?5?6纳米光催化材料的研究进展1?6在光催化研究中引入理论计算与模拟方法参考文献第2章理论计算与模拟方法2?1计算材料学概述2?2理论计算与模拟的层次与分类2?2?1电子结构的纳观尺度计算层次2?2?2原子（分子）体系结构演化的纳观?微观尺度计算层次2?2?3微纳与晶体缺陷结构的微观?介观尺度计算层次2?2?4准连续介质的介观尺度计算层次2?2?5连续介质的介观?宏观尺度计算层次2?2?6多尺度理论计算与模拟.vi.2?3基于量子力学的理论计算方法2?3?1**性原理和从头算2?3?2非相对论近似2?3?3绝热近似2?3?4Hartree?Fock近似2?3?5密度泛函理论的起源2?3?6Hohenberg?Kohn定理2?3?7Kohn?Sham方程2?3?8交换?关联能泛函2?3?9**性原理的数值计算2?3?10**性原理的计算流程2?4确定性模拟方法：分子动力学2?4?1概述2?4?2基本原理2?4?3势函数2?4?4系综2?4?5数值计算2?4?6分子动力学中的基本问题2?4?7分子动力学的计算流程2?5随机性模拟方法：Monte?Carlo方法2?5?1概述2?5?2基本原理2?5?3Monte?Carlo方法的数值计算2?5?4Monte?Carlo方法的计算流程参考文献第3章光催化材料的结构与基本物理性质3?1概述3?2晶体结构3?3电子结构3?3?1能带结构3?3?2态密度3?3?3电荷密度分布3?3?4布居分析3?4光学性质3?4?1介电函数3?4?2复折射率3?4?3反射光谱3?4?4吸收光谱3?5新型光催化材料的理论设计3?5?1基本原则3?5?2多元金属氧化物3?5?3氮化物与氮氧化物3?5?4硫化物3?5?5铋基卤氧化物3?5?6有机聚合物半导体参考文献.vii.第4章离子掺杂改性4?1概述4?23d过渡金属离子掺杂锐钛矿相TiO24?2?1杂质形成能及晶体结构4?2?2电子结构与光学性质4?2?3带边位置4?3非金属阴离子掺杂锐钛矿相TiO24?3?1杂质形成能及晶体结构4?3?2电子结构与光学性质4?3?3带边位置4?4镧系稀土离子掺杂锐钛矿相TiO24?4?1杂质形成能及晶体结构4?4?2电子结构与光学性质4?4?3带边位置4?5N?V共掺杂高效可见光激发锐钛矿相TiO2光催化剂的理论设计4?5?1杂质形成能及晶体结构4?5?2电子结构与光学性质4?5?3带边位置4?6GaN：ZnO固溶体光催化材料的结构与性质4?6?1GaN：ZnO固溶体的晶体结构4?6?2GaN：ZnO固溶体的电子结构参考文献.viii.第5章表面微观结构与性质5?1概述5?2锐钛矿相TiO2低指数表面的微观结构与性质5?2?1表面模型5?2?2表面基本性质5?2?3(101)表面5?2?4(100)表面5?2?5(001)表面5?2?6(103)表面5?2?7(110)表面5?2?8表面电子结构5?2?9表面结构与性质特征5?3锐钛矿相TiO2(001)?(1×4)重构表面5?3?1实验现象5?3?2理论计算5?4N/V单掺杂及共掺杂对锐钛矿相TiO2(101)表面的改性5?4?1N单掺杂改性TiO2(101)表面5?4?2V单掺杂改性TiO2(101)表面5?4?3N?V共掺杂改性TiO2(101)表面5?4?4N?V共掺杂的合成路线5?5Ptn团簇在锐钛矿相TiO2(101)表面上的生长5?5?1Ptn团簇的稳定结构5?5?2Ptn团簇的团簇能5?5?3Ptn团簇的原子扩散5?5?4Ptn团簇的电子结构参考文献第6章表面吸附与反应6?1概述6?2水分子在锐钛矿相TiO2(101)表面的吸附与扩散6?2?1相互作用势能6?2?2成键机理6?2?3表面扩散6?3水分子在锐钛矿相TiO2低指数表面的吸附与分解6?3?1水在TiO2(101)表面的吸附和分解6?3?2水在TiO2(100)表面的吸附和分解6?3?3水在TiO2(001)表面的吸附和分解6?3?4水在TiO2(103)f表面的吸附和分解6?3?5水在TiO2(103)s表面的吸附和分解6?3?6水在TiO2(110)表面的吸附和分解6?3?7水在TiO2表面分解的机理分析6?4水分子在锐钛矿相TiO2(101)改性表面的吸附与分解6?4?1水在N掺杂表面的吸附和分解6?4?2水在V掺杂表面的吸附和分解6?4?3水在N?V共掺杂表面的吸附和分解6?4?4水在含氧空位表面的吸附和分解6?4?5表面改性对水的吸附和分解影响参考文献.ix.第7章界面微观结构与性质7?1概述7?2水与锐钛矿相TiO2的固?液界面7?2?1固?液界面的形成与微观结构7?2?2固?液界面的静态性质7?2?3固?液界面的动态结构和性质7?3金红石相与锐钛矿相TiO2的固?固界面7?3?1模型构建方法7?3?2不同晶面构建的界面比较7?3?3金红石相(100)/锐钛矿相(100)界面的电子结构7?4光催化中异质结构的界面结构与性质7?4?1SiO2/TiO2界面7?4?2石墨烯/TiO2界面7?4?3BiOCl/Bi2WO6异质结构中的界面缺陷参考文献第8章纳米光催化材料的结构与性质8?1概述8?2纳米(TiO2)n团簇的稳定性和电子结构8?2?1计算方法8?2?2(TiO2)n团簇的稳定结构8?2?3(TiO2)n团簇的电子结构8?2?4水分子在(TiO2)n团簇上的吸附8?3TiO2纳米管的结构和性质8?3?1TiO2纳米管的建模与稳定结构8?3?2TiO2纳米管的电子结构与光学性质8?3?3水在TiO2纳米管及纳米管阵列上的解离反应8?3?4CdS量子点担载在TiO2纳米管的结构与性质8?4二维纳米光催化材料的结构和性质8?4?1TiO2纳米片的结构和性质8?4?2层状光催化材料的结构和性质参考文献