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Ab Initio Molecular Dynamics Calculations of the Phase Transformation Mechanism for the Formation of TiO2 Titanate-Type Nanosheets from Anatase

材料科学 锐钛矿 密度泛函理论 从头算 钛酸酯 相(物质) 化学物理 相变 分子动力学 化学工程 分子物理学 结晶学 物理化学 金红石
作者
Fernando Álvarez-Ramírez,Yosadara Ruiz‐Morales
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:19 (12): 2947-2959 被引量:42
标识
DOI:10.1021/cm062162l
摘要

This work investigates the transformation mechanism, at atomic level, of anatase to titanate-type structures by carrying out ab initio molecular dynamics (ab-MD) calculations with the Harris functional, including the Γ-point approximation and also several k-points. The transformation mechanism is presented and discussed. Three different size wire models of anatase with periodic conditions along the (0,1,0) direction were used, and several different environment conditions were investigated. It is found that the titanate-type structure is energetically favorable. The transformation was followed by monitoring the formation of four-coordinated oxygen atoms, which constitute the characteristic sequence of edge-sharing TiO6 octahedrons of titanates. Additionally, the titanate-type structure can be transformed to anatase in a reverse mechanism. A very important factor in the transformation of the anatase-type sections to the TiO6 octahedrons is the interaction of the (0,0,±1) surfaces of the anatase with positive charges (Na+), which stress the surface deforming it and promoting the transformation.
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