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金属和非金属共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

彭丽萍 夏正才 杨昌权

金属和非金属共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

彭丽萍, 夏正才, 杨昌权
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  • 本文运用第一性原理的计算方法, 以C/TM和N/TM共掺杂(碳与过渡金属共掺杂和氮与过渡金属共掺杂)TiO2为例, 分别计算了它们共掺杂TiO2的束缚能、能带结构和态密度等, 通过对双掺杂结构的束缚能计算, 发现非金属和金属杂质有团聚成键的趋势, 其正的束缚能说明了掺杂原子与周围的原子成键, 因成键作用减少的体系能量高于因几何畸变带来的应力能. 在对N/V和C/Cr共掺杂能带结构和分子成键的详细分析中, 发现非金属和金属共掺杂TiO2, 要使掺杂后TiO2的光吸收边红移较大, 光催化性能较好, 就要符合金属和非金属共掺杂协同机制, 即 掺杂后在导带底下方和价带顶上方分别出现由金属3d和非金属2p态提供的杂质能级.
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-09-19
  • 修回日期:  2011-11-10
  • 刊出日期:  2012-06-05

金属和非金属共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

  • 1. 华中科技大学物理学院, 武汉, 430074;
  • 2. 湖北黄冈师范学院物理科学与技术学院, 黄冈, 438000;
  • 3. 华中科技大学国家脉冲强磁场中心, 武汉, 430074

摘要: 本文运用第一性原理的计算方法, 以C/TM和N/TM共掺杂(碳与过渡金属共掺杂和氮与过渡金属共掺杂)TiO2为例, 分别计算了它们共掺杂TiO2的束缚能、能带结构和态密度等, 通过对双掺杂结构的束缚能计算, 发现非金属和金属杂质有团聚成键的趋势, 其正的束缚能说明了掺杂原子与周围的原子成键, 因成键作用减少的体系能量高于因几何畸变带来的应力能. 在对N/V和C/Cr共掺杂能带结构和分子成键的详细分析中, 发现非金属和金属共掺杂TiO2, 要使掺杂后TiO2的光吸收边红移较大, 光催化性能较好, 就要符合金属和非金属共掺杂协同机制, 即 掺杂后在导带底下方和价带顶上方分别出现由金属3d和非金属2p态提供的杂质能级.

English Abstract

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