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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.
    [1]

    Regonini D, Bowen C R, Jaroenworaluck A 2013 Mater. Sci. Eng. R 74 377

    [2]

    Fujishima A, Honda K 1972 Nature 238 37

    [3]

    Bessekhouad Y, Robert D, Weber J V, Chaoui N 2004 J. Phoche. Photobiol. A: Chem. 167 49

    [4]

    Liu Y M, Liang W, Zhang W G, Zhang J J, Han P D

    [5]

    Xu M, Da P M, Wu H Y, Zhao D Y, Zheng G F 2012 Nano Lett. 12 1503

    [6]

    Yang D J, Park H, Cho S J, Kim H G, Choi W Y 2008 J. Phys. Chem. Solids 69 1272

    [7]

    Orzali T, Casarin M, Granozzi G, Sambi M, Vittadini A 2006 Phys. Rev. Lett. 971 56101

    [8]

    Yin W J, Tang H, Wei S H, Al-Jassim M M, Turner J, Yan Y F 2010 Phys. Rev. B 82 045106

    [9]

    Lee W J, Lee J M, Kochuveedu S T, Han T H, Jeong H Y, Park M, Yun J M, Kwon J, No K, Kim D H, Kim S O 2012 ACS Nano 6 935

    [10]

    Tang Z R, Yin X, Zhang Y H, Xu Y J

    [11]

    Li Z B, Wang X, Jia L C 2013 Acta Phys. Sin. 62 203103 (in Chinese) [李宗宝, 王霞, 贾礼超 2013 物理学报 62 203103]

    [12]

    Li Z B, Wang X, Fan S W 2014 Acta Phys. Sin. 63 157102 (in Chinese) [李宗宝, 王霞, 樊帅伟 2014 物理学报 63 157102]

    [13]

    Wang W S, Wang D H, Qu W G, Xu A W 2012 J. Phys. Chem. C 116 19893

    [14]

    Wei M, Liu Y, Gu Z Z, Liu Z D 2011 J. Chin. Chem. Soc. 58 516

    [15]

    Pang Y L, Lim S, Ong H C, Chong W T 2014 Appl. Catal. A 481 127

    [16]

    Hoyer P 1996 Langmuir 12 1411

    [17]

    Xie Q, Meng Q Q, Zhuang G L, Wang J G, Li X N 2012 Int. J. Quantum Chem. 112 2585

    [18]

    Liu H, Lin M H, Tan K 2012 Acta Phys. -Chim. Sin. 28 1843 (in Chinese) [刘昊, 林梦海, 谭凯 2012 物理化学学报 28 1843]

    [19]

    Dong H Q, Pan X, Xie Q, Meng Q Q, Gao J R, Wang J G 2012 Acta Phys. -Chim. Sin. 28 44 (in Chinese) [ 董华青, 潘西, 谢琴, 孟强强, 高建荣, 王建国 2012 物理化学学报 28 44]

    [20]

    Park J H, Kim S, Bard A J 2006 Nano Lett. 6 24

    [21]

    Yuan B, Wang Y, Bian H D, Shen T K 2013 Appl. Surf. Sci. 280 523

    [22]

    Ma X G, Miao L, Bie S W, Jiang J J 2010 Solid State Commun. 150 689

    [23]

    Suzuki T M, Kitahara G, Arai T, Matsuoka Y, Morikawa T 2014 Chem. Commun. 50 7614

    [24]

    Li Q, Shang J K 2009 Environ. Sci. Technol. 43 8923

    [25]

    Chen Q L, Tang C Q 2009 Acta Phys. -Chim. Sin. 25 915 (in Chinese) [陈琦丽, 唐超群 2009 物理化学学报 25 915]

    [26]

    Kresse G, Hafner J 1993 Phys. Rev. B 47 558

    [27]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [28]

    Blochl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953

    [29]

    Mowbray D J, Martinez J I, García-Lastra J M, Thygesen K S, Jacobsen K W 2009 J. Phys. Chem. C 113 12301

    [30]

    Liu Z J, Zhang Q, Qin L C 2007 Solid State Commun. 141 168

    [31]

    Yang K S, Dai Y, Huang B, Whangbo M H 2008 Chem. Mater. 20 6529

    [32]

    Le L C, Ma X G, Tang H, Wang Y, Li X, Jiang J J 2010 Acta Phys. Sin. 59 1314 (in Chinese) [乐伶聪, 马新国, 唐豪, 王扬, 李翔, 江建军 2010 物理学报 59 1314]

    [33]

    Zhang H Y, Dong S L 2013 Chin. Phys. Lett. 30 043102

    [34]

    Yalçn Y, Kılıç M, Çınar Z 2010 Appl. Catal. B: Environ. 99 469

    [35]

    Banisharif A, Khodadadi A A, Mortazavi Y, Firooz A A, Beheshtian J, Agah S, Menbari S 2014 Appl. Catal. B 165 209

    [36]

    Yang Y Q, Zhang R R, Li J B, Lin S W 2014 Nanoscale Res. Lett. 9 46

    [37]

    Zhuang H L, Hennig R G 2013 Chem. Mater. 25 3232

  • [1]

    Regonini D, Bowen C R, Jaroenworaluck A 2013 Mater. Sci. Eng. R 74 377

    [2]

    Fujishima A, Honda K 1972 Nature 238 37

    [3]

    Bessekhouad Y, Robert D, Weber J V, Chaoui N 2004 J. Phoche. Photobiol. A: Chem. 167 49

    [4]

    Liu Y M, Liang W, Zhang W G, Zhang J J, Han P D

    [5]

    Xu M, Da P M, Wu H Y, Zhao D Y, Zheng G F 2012 Nano Lett. 12 1503

    [6]

    Yang D J, Park H, Cho S J, Kim H G, Choi W Y 2008 J. Phys. Chem. Solids 69 1272

    [7]

    Orzali T, Casarin M, Granozzi G, Sambi M, Vittadini A 2006 Phys. Rev. Lett. 971 56101

    [8]

    Yin W J, Tang H, Wei S H, Al-Jassim M M, Turner J, Yan Y F 2010 Phys. Rev. B 82 045106

    [9]

    Lee W J, Lee J M, Kochuveedu S T, Han T H, Jeong H Y, Park M, Yun J M, Kwon J, No K, Kim D H, Kim S O 2012 ACS Nano 6 935

    [10]

    Tang Z R, Yin X, Zhang Y H, Xu Y J

    [11]

    Li Z B, Wang X, Jia L C 2013 Acta Phys. Sin. 62 203103 (in Chinese) [李宗宝, 王霞, 贾礼超 2013 物理学报 62 203103]

    [12]

    Li Z B, Wang X, Fan S W 2014 Acta Phys. Sin. 63 157102 (in Chinese) [李宗宝, 王霞, 樊帅伟 2014 物理学报 63 157102]

    [13]

    Wang W S, Wang D H, Qu W G, Xu A W 2012 J. Phys. Chem. C 116 19893

    [14]

    Wei M, Liu Y, Gu Z Z, Liu Z D 2011 J. Chin. Chem. Soc. 58 516

    [15]

    Pang Y L, Lim S, Ong H C, Chong W T 2014 Appl. Catal. A 481 127

    [16]

    Hoyer P 1996 Langmuir 12 1411

    [17]

    Xie Q, Meng Q Q, Zhuang G L, Wang J G, Li X N 2012 Int. J. Quantum Chem. 112 2585

    [18]

    Liu H, Lin M H, Tan K 2012 Acta Phys. -Chim. Sin. 28 1843 (in Chinese) [刘昊, 林梦海, 谭凯 2012 物理化学学报 28 1843]

    [19]

    Dong H Q, Pan X, Xie Q, Meng Q Q, Gao J R, Wang J G 2012 Acta Phys. -Chim. Sin. 28 44 (in Chinese) [ 董华青, 潘西, 谢琴, 孟强强, 高建荣, 王建国 2012 物理化学学报 28 44]

    [20]

    Park J H, Kim S, Bard A J 2006 Nano Lett. 6 24

    [21]

    Yuan B, Wang Y, Bian H D, Shen T K 2013 Appl. Surf. Sci. 280 523

    [22]

    Ma X G, Miao L, Bie S W, Jiang J J 2010 Solid State Commun. 150 689

    [23]

    Suzuki T M, Kitahara G, Arai T, Matsuoka Y, Morikawa T 2014 Chem. Commun. 50 7614

    [24]

    Li Q, Shang J K 2009 Environ. Sci. Technol. 43 8923

    [25]

    Chen Q L, Tang C Q 2009 Acta Phys. -Chim. Sin. 25 915 (in Chinese) [陈琦丽, 唐超群 2009 物理化学学报 25 915]

    [26]

    Kresse G, Hafner J 1993 Phys. Rev. B 47 558

    [27]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [28]

    Blochl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953

    [29]

    Mowbray D J, Martinez J I, García-Lastra J M, Thygesen K S, Jacobsen K W 2009 J. Phys. Chem. C 113 12301

    [30]

    Liu Z J, Zhang Q, Qin L C 2007 Solid State Commun. 141 168

    [31]

    Yang K S, Dai Y, Huang B, Whangbo M H 2008 Chem. Mater. 20 6529

    [32]

    Le L C, Ma X G, Tang H, Wang Y, Li X, Jiang J J 2010 Acta Phys. Sin. 59 1314 (in Chinese) [乐伶聪, 马新国, 唐豪, 王扬, 李翔, 江建军 2010 物理学报 59 1314]

    [33]

    Zhang H Y, Dong S L 2013 Chin. Phys. Lett. 30 043102

    [34]

    Yalçn Y, Kılıç M, Çınar Z 2010 Appl. Catal. B: Environ. 99 469

    [35]

    Banisharif A, Khodadadi A A, Mortazavi Y, Firooz A A, Beheshtian J, Agah S, Menbari S 2014 Appl. Catal. B 165 209

    [36]

    Yang Y Q, Zhang R R, Li J B, Lin S W 2014 Nanoscale Res. Lett. 9 46

    [37]

    Zhuang H L, Hennig R G 2013 Chem. Mater. 25 3232

  • [1] 方文玉, 张鹏程, 赵军, 康文斌. H, F修饰单层GeTe的电子结构与光催化性质. 物理学报, 2020, 69(5): 056301. doi: 10.7498/aps.69.20191391
    [2] 徐贤达, 赵磊, 孙伟峰. 石墨烯纳米网电导特性的能带机理第一原理. 物理学报, 2020, 69(4): 047101. doi: 10.7498/aps.69.20190657
    [3] 任县利, 张伟伟, 伍晓勇, 吴璐, 王月霞. 高熵合金短程有序现象的预测及其对结构的电子、磁性、力学性质的影响. 物理学报, 2020, 69(4): 046102. doi: 10.7498/aps.69.20191671
    [4] 邹平, 吕丹, 徐桂英. 高压烧结制备Tb掺杂n型(Bi1–xTbx)2(Te0.9Se0.1)3合金及其微结构和热电性能. 物理学报, 2020, 69(5): 057201. doi: 10.7498/aps.69.20191561
    [5] 董正琼, 赵杭, 朱金龙, 石雅婷. 入射光照对典型光刻胶纳米结构的光学散射测量影响分析. 物理学报, 2020, 69(3): 030601. doi: 10.7498/aps.69.20191525
    [6] 翁明, 谢少毅, 殷明, 曹猛. 介质材料二次电子发射特性对微波击穿的影响. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200026
    [7] 梁琦, 王如志, 杨孟骐, 王长昊, 刘金伟. Al2O3衬底无催化剂生长GaN纳米线及其光学性能研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191923
    [8] 张梦, 姚若河, 刘玉荣. 纳米尺度金属-氧化物半导体场效应晶体管沟道热噪声模型. 物理学报, 2020, 69(5): 057101. doi: 10.7498/aps.69.20191512
    [9] 张雅男, 詹楠, 邓玲玲, 陈淑芬. 利用银纳米立方增强效率的多层溶液加工白光有机发光二极管. 物理学报, 2020, 69(4): 047801. doi: 10.7498/aps.69.20191526
    [10] 蹇君, 雷娇, 樊群超, 范志祥, 马杰, 付佳, 李会东, 徐勇根. NO分子宏观气体热力学性质的理论研究. 物理学报, 2020, 69(5): 053301. doi: 10.7498/aps.69.20191723
    [11] 左富昌, 梅志武, 邓楼楼, 石永强, 贺盈波, 李连升, 周昊, 谢军, 张海力, 孙艳. 多层嵌套掠入射光学系统研制及在轨性能评价. 物理学报, 2020, 69(3): 030702. doi: 10.7498/aps.69.20191446
    [12] 胡耀华, 刘艳, 穆鸽, 秦齐, 谭中伟, 王目光, 延凤平. 基于多模光纤散斑的压缩感知在光学图像加密中的应用. 物理学报, 2020, 69(3): 034203. doi: 10.7498/aps.69.20191143
    [13] 刘乃漳, 张雪冰, 姚若河. AlGaN/GaN 高电子迁移率器件外部边缘电容的物理模型. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191931
    [14] 罗端, 惠丹丹, 温文龙, 李立立, 辛丽伟, 钟梓源, 吉超, 陈萍, 何凯, 王兴, 田进寿. 超紧凑型飞秒电子衍射仪的设计. 物理学报, 2020, 69(5): 052901. doi: 10.7498/aps.69.20191157
    [15] 卢超, 陈伟, 罗尹虹, 丁李利, 王勋, 赵雯, 郭晓强, 李赛. 纳米体硅鳍形场效应晶体管单粒子瞬态中的源漏导通现象研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191896
    [16] 王艳, 徐进良, 李文, 刘欢. 超临界Lennard-Jones流体结构特性分子动力学研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191591
    [17] 赵建宁, 刘冬欢, 魏东, 尚新春. 考虑界面接触热阻的一维复合结构的热整流机理. 物理学报, 2020, 69(5): 056501. doi: 10.7498/aps.69.20191409
    [18] 刘祥, 米文博. Verwey相变处Fe3O4的结构、磁性和电输运特性. 物理学报, 2020, 69(4): 040505. doi: 10.7498/aps.69.20191763
    [19] 白家豪, 郭建刚. 石墨烯/柔性基底复合结构双向界面切应力传递问题的理论研究. 物理学报, 2020, 69(5): 056201. doi: 10.7498/aps.69.20191730
    [20] 尹玉明, 赵伶玲. 离子浓度及表面结构对岩石孔隙内水流动特性的影响. 物理学报, 2020, 69(5): 054701. doi: 10.7498/aps.69.20191742
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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:  2015-07-20

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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参考文献 (37)

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