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N, Fe, La三掺杂锐钛矿型TiO2能带调节的理论与实验研究

王庆宝 张仲 徐锡金 吕英波 张芹

N, Fe, La三掺杂锐钛矿型TiO2能带调节的理论与实验研究

王庆宝, 张仲, 徐锡金, 吕英波, 张芹
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  • 采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法(PWPP), 利用Material studio 计算N, Fe, La三种元素掺杂引起的锐钛矿TiO2晶体结构、能带结构和态密度变化. 并通过溶胶-凝胶法制得锐钛矿型本征TiO2, N, Fe共掺杂TiO2和N, Fe, La共掺杂TiO2; 用X射线衍射和扫描电镜表征结构; 紫外-可见分光光度计检测TiO2对甲基橙的降解效率变化. 计算结果表明, 由于N, Fe, La三掺杂TiO2的晶格体积、键长等发生变化, 导致晶体对称性下降, 光生电子-空穴对有效分离, 同时在导带底和价带顶形成杂质能级, TiO2禁带宽度由1.78 eV变为1.35 eV, 减小25%, 光吸收带边红移, 态密度数增加, 电子跃迁概率提升, 光催化能力增加. 实验结果表明: 离子掺杂使颗粒变小, 粒径大小: 本征TiO2>N/Fe_TiO2>N/Fe/La_TiO2, 并测得N/Fe/La_TiO2发光峰425 nm, 能隙减小, 光催化能力比N/Fe_TiO2强, 增强原因是杂质能级和电子态数量增加引起.
    • 基金项目: 国家青年科学基金(批准号: 11104114)、国家自然科学基金(批准号: 11304120)和山东省优秀中青年科学家奖励基金(批准号: BS2012CL005)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-08-14
  • 修回日期:  2014-09-10
  • 刊出日期:  2015-01-05

N, Fe, La三掺杂锐钛矿型TiO2能带调节的理论与实验研究

  • 1. 济南大学物理科学与技术学院, 济南 250022;
  • 2. 山东大学威海分校空间科学与物理学院, 威海 264209;
  • 3. 山东交通学院数理系, 济南 250023
    基金项目: 

    国家青年科学基金(批准号: 11104114)、国家自然科学基金(批准号: 11304120)和山东省优秀中青年科学家奖励基金(批准号: BS2012CL005)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法(PWPP), 利用Material studio 计算N, Fe, La三种元素掺杂引起的锐钛矿TiO2晶体结构、能带结构和态密度变化. 并通过溶胶-凝胶法制得锐钛矿型本征TiO2, N, Fe共掺杂TiO2和N, Fe, La共掺杂TiO2; 用X射线衍射和扫描电镜表征结构; 紫外-可见分光光度计检测TiO2对甲基橙的降解效率变化. 计算结果表明, 由于N, Fe, La三掺杂TiO2的晶格体积、键长等发生变化, 导致晶体对称性下降, 光生电子-空穴对有效分离, 同时在导带底和价带顶形成杂质能级, TiO2禁带宽度由1.78 eV变为1.35 eV, 减小25%, 光吸收带边红移, 态密度数增加, 电子跃迁概率提升, 光催化能力增加. 实验结果表明: 离子掺杂使颗粒变小, 粒径大小: 本征TiO2>N/Fe_TiO2>N/Fe/La_TiO2, 并测得N/Fe/La_TiO2发光峰425 nm, 能隙减小, 光催化能力比N/Fe_TiO2强, 增强原因是杂质能级和电子态数量增加引起.

English Abstract

参考文献 (30)

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