搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

I掺杂金红石TiO2(110)面的第一性原理研究

王涛 陈建峰 乐园

I掺杂金红石TiO2(110)面的第一性原理研究

王涛, 陈建峰, 乐园
PDF
导出引用
  • 利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了I掺杂金红石TiO2(110)表面的形成能和电子结构,分析了不同掺杂位置的结构对TiO2光催化性能的影响. 计算表明,氧化环境下I最容易替代掺杂表面五配位的Ti,而还原环境下最容易替代掺杂表面的桥位氧. I替位Ti或I替位O都能降低禁带宽度,可能使TiO2吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,其中I替位桥位氧的禁带宽度最小. 吸收光谱表明,I掺杂不仅能提高TiO2可见光响应,同时可增加紫外光的吸收能量,提高其可见光及紫外光下的光催化性能.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号:2012AA030307)和北京化工大学“化工网络项目”资助的课题.
    [1]

    Fox M A, Dulay M T 1993 Chem. Rev. 93 341

    [2]

    Hoffmann M R, Martin S T, Choi W, Bahnemann D W 1995 Chem. Rev. 95 69

    [3]

    Hashimoto K, Irie H, Fujishima A 2005 Jpn. J. Appl. Phys. 44 8269

    [4]

    Fujishima A, Zhang X T, Tryk D A 2008 Surf. Sci. Rep. 63 515

    [5]

    Lewis N S 2007 Science 315 798

    [6]

    Zhang Z D, Hou Q Y, Li C, Zhao C W 2012 Acta Phys. Sin. 61 117102 (in Chinese) [张振铎, 侯清玉, 李聪, 赵春旺 2012 物理学报 61 117102]

    [7]

    Gao P, Wu J, Liu Q J, Zhou W F 2010 Chin. Phys. B 19 087103

    [8]

    Asahi R, Morikawa T, Ohwaki T, Aoki K, Taga Y 2001 Science 293 269

    [9]

    Varley J B, Janotti A, van de Walle C G 2011 Adv. Mater. 23 2343

    [10]

    Gohin M, Maurin I, Gacoin T, Boilot J P 2010 J. Mater. Chem. 20 8070

    [11]

    Ma D, Xin Y J, Gao M C, Wu J 2014 Appl. Catal. B: Environ. 147 49

    [12]

    Harb M, Sautet P, Raybaud P 2013 J. Phys. Chem. C 117 8892

    [13]

    Liu G L, Han C, Pelaez M, Zhu D W, Liao S J, Likodimos V, Loannidis N 2012 Nanotechnology 23 294003

    [14]

    Yang K S, Dai Y, Huang B B, Whangbo M H 2009 J. Phys. Chem. C 113 2624

    [15]

    Xu L, Tang C Q, Qian J 2010 Acta Phys. Sin. 59 2721 (in Chinese) [徐凌, 唐超群, 钱俊 2010 物理学报 59 2721]

    [16]

    Xu L, Tang C Q, Qian J, Huang Z B 2010 Appl. Surf. Sci. 256 2668

    [17]

    Zheng S K, Wu G H, Liu L 2013 Acta Phys. Sin. 62 043102 (in Chinese) [郑树凯, 吴国浩, 刘磊 2013 物理学报 62 043102]

    [18]

    Guo M L, Zhang X D, Liang C T 2011 Physica B 406 3354

    [19]

    Irie H, Watanabe Y, Hashimoto K 2003 J. Phys. Chem. B 107 5483

    [20]

    Irie H, Washizuka S, Hashimoto K 2006 Thin Solid Films 510 21

    [21]

    Ohno T, Mitsui T, Matsumura M 2003 Chem. Lett. 32 364

    [22]

    Tojo S, Tachikawa T, Fujitsuka M, Majima T 2008 J. Phys. Chem. C 112 14948

    [23]

    Liu G, Chen Z G, Dong C L, Zhao Y N, Li F, Lu G Q, Cheng H M 2006 J. Phys. Chem. B 110 20823

    [24]

    He J F, Liu Q H, Sun Z H, Yan W S, Zhang G B, Qi Z M, Xu P S, Wu Z Y, Wei S Q 2010 J. Phys. Chem. C 114 6035

    [25]

    Diebold U 2003 Surf. Sci. Rep. 48 53

    [26]

    Djerdj I, Tonejc A M 2006 J. Alloys Compd. 413 159

    [27]

    Sutassana N P, Smith M F, Kwiseon K, Du M H 2006 Phys. Rev B 73 125205

    [28]

    John P P, Mel L 1983 Phys. Rev. Lett. 51 1884

    [29]

    Lindsay R, Wander A, Ernst A, Montanari B, Thornton G, Harrison N M 2005 Phys. Rev. Lett. 94 246102

    [30]

    Thompson S J, Lewis S P 2006 Phys. Rev. B 73 073403

    [31]

    Nambu A, Graciani J, Rodriguez J A, Wu Q, Fujita E, Sanz J F 2006 J. Chem. Phys. 125 094706

    [32]

    Jin H, Dai Y, Wei W, Huang B B 2008 J. Phys. D: Appl. Phys. 41 195411

    [33]

    Long R, English N J 2009 J. Phys. Chem. C 113 9423

  • [1]

    Fox M A, Dulay M T 1993 Chem. Rev. 93 341

    [2]

    Hoffmann M R, Martin S T, Choi W, Bahnemann D W 1995 Chem. Rev. 95 69

    [3]

    Hashimoto K, Irie H, Fujishima A 2005 Jpn. J. Appl. Phys. 44 8269

    [4]

    Fujishima A, Zhang X T, Tryk D A 2008 Surf. Sci. Rep. 63 515

    [5]

    Lewis N S 2007 Science 315 798

    [6]

    Zhang Z D, Hou Q Y, Li C, Zhao C W 2012 Acta Phys. Sin. 61 117102 (in Chinese) [张振铎, 侯清玉, 李聪, 赵春旺 2012 物理学报 61 117102]

    [7]

    Gao P, Wu J, Liu Q J, Zhou W F 2010 Chin. Phys. B 19 087103

    [8]

    Asahi R, Morikawa T, Ohwaki T, Aoki K, Taga Y 2001 Science 293 269

    [9]

    Varley J B, Janotti A, van de Walle C G 2011 Adv. Mater. 23 2343

    [10]

    Gohin M, Maurin I, Gacoin T, Boilot J P 2010 J. Mater. Chem. 20 8070

    [11]

    Ma D, Xin Y J, Gao M C, Wu J 2014 Appl. Catal. B: Environ. 147 49

    [12]

    Harb M, Sautet P, Raybaud P 2013 J. Phys. Chem. C 117 8892

    [13]

    Liu G L, Han C, Pelaez M, Zhu D W, Liao S J, Likodimos V, Loannidis N 2012 Nanotechnology 23 294003

    [14]

    Yang K S, Dai Y, Huang B B, Whangbo M H 2009 J. Phys. Chem. C 113 2624

    [15]

    Xu L, Tang C Q, Qian J 2010 Acta Phys. Sin. 59 2721 (in Chinese) [徐凌, 唐超群, 钱俊 2010 物理学报 59 2721]

    [16]

    Xu L, Tang C Q, Qian J, Huang Z B 2010 Appl. Surf. Sci. 256 2668

    [17]

    Zheng S K, Wu G H, Liu L 2013 Acta Phys. Sin. 62 043102 (in Chinese) [郑树凯, 吴国浩, 刘磊 2013 物理学报 62 043102]

    [18]

    Guo M L, Zhang X D, Liang C T 2011 Physica B 406 3354

    [19]

    Irie H, Watanabe Y, Hashimoto K 2003 J. Phys. Chem. B 107 5483

    [20]

    Irie H, Washizuka S, Hashimoto K 2006 Thin Solid Films 510 21

    [21]

    Ohno T, Mitsui T, Matsumura M 2003 Chem. Lett. 32 364

    [22]

    Tojo S, Tachikawa T, Fujitsuka M, Majima T 2008 J. Phys. Chem. C 112 14948

    [23]

    Liu G, Chen Z G, Dong C L, Zhao Y N, Li F, Lu G Q, Cheng H M 2006 J. Phys. Chem. B 110 20823

    [24]

    He J F, Liu Q H, Sun Z H, Yan W S, Zhang G B, Qi Z M, Xu P S, Wu Z Y, Wei S Q 2010 J. Phys. Chem. C 114 6035

    [25]

    Diebold U 2003 Surf. Sci. Rep. 48 53

    [26]

    Djerdj I, Tonejc A M 2006 J. Alloys Compd. 413 159

    [27]

    Sutassana N P, Smith M F, Kwiseon K, Du M H 2006 Phys. Rev B 73 125205

    [28]

    John P P, Mel L 1983 Phys. Rev. Lett. 51 1884

    [29]

    Lindsay R, Wander A, Ernst A, Montanari B, Thornton G, Harrison N M 2005 Phys. Rev. Lett. 94 246102

    [30]

    Thompson S J, Lewis S P 2006 Phys. Rev. B 73 073403

    [31]

    Nambu A, Graciani J, Rodriguez J A, Wu Q, Fujita E, Sanz J F 2006 J. Chem. Phys. 125 094706

    [32]

    Jin H, Dai Y, Wei W, Huang B B 2008 J. Phys. D: Appl. Phys. 41 195411

    [33]

    Long R, English N J 2009 J. Phys. Chem. C 113 9423

  • [1] 梁培, 王乐, 熊斯雨, 董前民, 李晓艳. Mo-X(B, C, N, O, F)共掺杂TiO2体系的光催化协同效应研究. 物理学报, 2012, 61(5): 053101. doi: 10.7498/aps.61.053101
    [2] 张学军, 张光富, 金辉霞, 朱良迪, 柳清菊. N, Co共掺杂锐钛矿相TiO2光催化剂的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(1): 017102. doi: 10.7498/aps.62.017102
    [3] 李聪, 郑友进, 付斯年, 姜宏伟, 王丹. 稀土(La/Ce/Pr/Nd)掺杂锐钛矿相TiO2磁性及光催化活性的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(3): 037102. doi: 10.7498/aps.65.037102
    [4] 潘凤春, 林雪玲, 陈焕铭. C掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(22): 224218. doi: 10.7498/aps.64.224218
    [5] 李佩欣, 冯铭扬, 吴彩平, 李少波, 侯磊田, 马嘉赛, 殷春浩. 基于电子顺磁共振的锌卟啉敏化TiO2光催化性机理的研究. 物理学报, 2015, 64(13): 137601. doi: 10.7498/aps.64.137601
    [6] 彭丽萍, 徐 凌, 尹建武. N掺杂锐钛矿TiO2光学性能的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1585-1589. doi: 10.7498/aps.56.1585
    [7] 郑树凯, 吴国浩, 刘磊. P掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(4): 043102. doi: 10.7498/aps.62.043102
    [8] 赵宗彦, 柳清菊, 张 瑾, 朱忠其. 3d过渡金属掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6592-6599. doi: 10.7498/aps.56.6592
    [9] 潘凤春, 徐佳楠, 杨花, 林雪玲, 陈焕铭. 非掺杂锐钛矿相TiO2铁磁性的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(5): 056101. doi: 10.7498/aps.66.056101
    [10] 谢东, 冷永祥, 黄楠. C掺杂TiO薄膜的制备及其第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(19): 198103. doi: 10.7498/aps.62.198103
    [11] 张计划, 丁建文, 卢章辉. Co掺杂MgF2电子结构和光学特性的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1901-1907. doi: 10.7498/aps.58.1901
    [12] 张易军, 闫金良, 赵刚, 谢万峰. Si掺杂β-Ga2O3的第一性原理计算与实验研究. 物理学报, 2011, 60(3): 037103. doi: 10.7498/aps.60.037103
    [13] 吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英. Cr和W掺杂的单层MoS2电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(3): 037103. doi: 10.7498/aps.62.037103
    [14] 曹娟, 崔磊, 潘靖. V,Cr,Mn掺杂MoS2磁性的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(18): 187102. doi: 10.7498/aps.62.187102
    [15] 石瑜, 白洋, 莫丽玢, 向青云, 黄亚丽, 曹江利. H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(11): 116301. doi: 10.7498/aps.64.116301
    [16] 徐晶, 梁家青, 李红萍, 李长生, 刘孝娟, 孟健. Ti掺杂NbSe2电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(20): 207101. doi: 10.7498/aps.64.207101
    [17] 丁超, 李卫, 刘菊燕, 王琳琳, 蔡云, 潘沛锋. Sb,S共掺杂SnO2电子结构的第一性原理分析. 物理学报, 2018, 67(21): 213102. doi: 10.7498/aps.67.20181228
    [18] 李宗宝, 王霞, 贾礼超. N/Fe共掺杂锐钛矿TiO2(101)面协同作用的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(20): 203103. doi: 10.7498/aps.62.203103
    [19] 蒋先伟, 代广珍, 鲁世斌, 汪家余, 代月花, 陈军宁. Al掺杂对HfO2俘获层可靠性影响第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(9): 091301. doi: 10.7498/aps.64.091301
    [20] 李聪, 侯清玉, 张振铎, 张冰. Eu掺杂量对锐钛矿相TiO2电子寿命和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(7): 077102. doi: 10.7498/aps.61.077102
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  1105
  • PDF下载量:  772
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-08
  • 修回日期:  2014-06-17
  • 刊出日期:  2014-10-05

I掺杂金红石TiO2(110)面的第一性原理研究

  • 1. 北京化工大学化学工程学院, 有机无机复合材料国家重点实验室, 北京 100029
    基金项目: 

    国家高技术研究发展计划(批准号:2012AA030307)和北京化工大学“化工网络项目”资助的课题.

摘要: 利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了I掺杂金红石TiO2(110)表面的形成能和电子结构,分析了不同掺杂位置的结构对TiO2光催化性能的影响. 计算表明,氧化环境下I最容易替代掺杂表面五配位的Ti,而还原环境下最容易替代掺杂表面的桥位氧. I替位Ti或I替位O都能降低禁带宽度,可能使TiO2吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,其中I替位桥位氧的禁带宽度最小. 吸收光谱表明,I掺杂不仅能提高TiO2可见光响应,同时可增加紫外光的吸收能量,提高其可见光及紫外光下的光催化性能.

English Abstract

参考文献 (33)

目录

    /

    返回文章
    返回