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N-F共掺杂锐钛矿二氧化钛(101)面纳米管的第一性原理研究

朱学文 徐利春 刘瑞萍 杨致 李秀燕

N-F共掺杂锐钛矿二氧化钛(101)面纳米管的第一性原理研究

朱学文, 徐利春, 刘瑞萍, 杨致, 李秀燕
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  • 共掺杂是提高二氧化钛纳米管可见光催化性能的一种有效方式. 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了N单掺杂、F单掺杂及N-F共掺杂二氧化钛纳米管的原子结构、电子性质和光学性质. 计算结果表明, 相比N单掺杂和F单掺杂, N-F共掺杂二氧化钛纳米管的形成能更低, 掺杂后的体系热力学稳定性更好. 此外, 相比未掺杂时的带隙, N-F共掺杂后体系的带隙变化最多, 减少了0.557 eV, 而这主要源于价带顶附近的杂质能级的贡献. 此外, 通过分析掺杂后的光催化活性发现, N-F共掺杂时纳米管的还原性和氧化性都有所降低, 但并没有丧失活性, 并且光吸收谱表明, 共掺杂体系的红移现象最为明显. 因此, N-F共掺杂可有效提高二氧化钛纳米管可见光的光催化性能.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51401142)和山西省自然科学基金(批准号: 2012011021-3)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-01-24
  • 修回日期:  2015-03-03
  • 刊出日期:  2015-07-05

N-F共掺杂锐钛矿二氧化钛(101)面纳米管的第一性原理研究

  • 1. 太原理工大学物理与光电工程学院, 太原 030024
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51401142)和山西省自然科学基金(批准号: 2012011021-3)资助的课题.

摘要: 共掺杂是提高二氧化钛纳米管可见光催化性能的一种有效方式. 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了N单掺杂、F单掺杂及N-F共掺杂二氧化钛纳米管的原子结构、电子性质和光学性质. 计算结果表明, 相比N单掺杂和F单掺杂, N-F共掺杂二氧化钛纳米管的形成能更低, 掺杂后的体系热力学稳定性更好. 此外, 相比未掺杂时的带隙, N-F共掺杂后体系的带隙变化最多, 减少了0.557 eV, 而这主要源于价带顶附近的杂质能级的贡献. 此外, 通过分析掺杂后的光催化活性发现, N-F共掺杂时纳米管的还原性和氧化性都有所降低, 但并没有丧失活性, 并且光吸收谱表明, 共掺杂体系的红移现象最为明显. 因此, N-F共掺杂可有效提高二氧化钛纳米管可见光的光催化性能.

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