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(TiO_2)_3团簇分子电致激发特性的密度泛函理论研究
引言：
氧化钛(TiO2)是一种常见的半导体材料，具有广泛的应用领域，如光催化、太阳能电池、传感器及光电器件等。团簇是由数个分子通过化学键相互连接形成的聚集体，其物理和化学性质与分子和固体之间具有相似性，因此，研究和探索分子团簇的性质对于深入理解材料的性能和应用至关重要。本文基于密度泛函理论，研究了(TiO2)3团簇分子的电致激发特性，探讨了其在光催化等领域的应用前景。
方法：
本文基于密度泛函理论，采用B3LYP/6-31G*方法对(TiO2)3团簇分子进行计算。计算包括构型优化、电子结构分析以及电子激发参数的计算。通过TD-DFT方法计算得到(TiO2)3团簇分子在紫外可见(UV-Vis)光谱范围内的电子激发能级和吸收光谱。
结果和讨论：
构型优化结果表明，(TiO2)3团簇分子呈现出类似于三角形的平面结构，且相邻的Ti-Ti键长度基本相等，为3.65Å，Ti-O键长为1.85Å，符合TiO2晶格结构。电子结构分析得到团簇分子共有22个电子，分别填充在Ti-O键和Ti-Ti键上。通过电子激发参数计算得到分子基态和第一激发态之间的跃迁能级为3.15eV，对应着吸收光谱峰值为393nm。各电子占据态与虚激发态的分析表明，第一激发带主要由Ti3d-O2p跃迁构成。
光催化是(TiO2)在光照下发生化学反应的过程，由于(TiO2)3团簇分子中含有多个Ti-O键和Ti-Ti键，因此其光催化性能可能会得到增强。通过计算得到的吸收光谱，可以确定团簇分子在常见波长范围内吸收光强，从而为光催化反应提供能量。此外，由于团簇分子中存在多个未饱和Ti-O键和Ti-Ti键，可以提供反应场位，有助于吸附和催化反应物。因此，可以预见(TiO2)3团簇分子在光催化反应等领域具有重要的应用前景。
结论：
本文基于密度泛函理论，研究了(TiO2)3团簇分子的电致激发特性，并探讨了其在光催化领域的应用前景。结果表明，(TiO2)3团簇分子主要由Ti3d-O2p跃迁构成的第一激发带能量为3.15eV，对应着吸收光谱峰值为393nm。该团簇分子中含有多个Ti-O键和Ti-Ti键，具备吸附和催化反应物的能力，因此有助于光催化反应的进行。这些结果为分子团簇的性质研究和材料应用提供了有益的参考。