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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

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

潘凤春, 林雪玲, 陈焕铭
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  • 运用第一性原理的局域密度近似+U(0 U9 eV)方法研究了本征金红石相TiO2在不同U值(对Ti-3d电子)下的禁带宽度、晶体结构以及不同比例C元素掺杂的金红石相TiO2的电子结构和光学性质, 研究表明, TiO2的禁带宽度和晶格常数随着U值的增加而增大. 综合考虑取U=3 eV并对其计算结果进行修正. 对于掺杂体系, 发现C 元素的掺杂在金红石相TiO2中引入杂质能级, 杂质能级主要由O-2p轨道和C-2p轨道耦合形成, 杂质能级的引入可以增加TiO2对可见光的响应, 从而使TiO2的吸收范围增大. C原子掺杂最佳比例为8.3%, 此时光学吸收边的红移程度最明显, 可增大光吸收效率, 从而提高了TiO2光催化效率.
      通信作者: 潘凤春, nxupfc@163.com
    • 基金项目: 宁夏大学自然科学基金(批准号: ZR1417)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-05-25
  • 修回日期:  2015-06-23
  • 刊出日期:  2015-11-05

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

  • 1. 宁夏大学物理电气信息学院, 银川 750021
  • 通信作者: 潘凤春, nxupfc@163.com
    基金项目: 

    宁夏大学自然科学基金(批准号: ZR1417)资助的课题.

摘要: 运用第一性原理的局域密度近似+U(0 U9 eV)方法研究了本征金红石相TiO2在不同U值(对Ti-3d电子)下的禁带宽度、晶体结构以及不同比例C元素掺杂的金红石相TiO2的电子结构和光学性质, 研究表明, TiO2的禁带宽度和晶格常数随着U值的增加而增大. 综合考虑取U=3 eV并对其计算结果进行修正. 对于掺杂体系, 发现C 元素的掺杂在金红石相TiO2中引入杂质能级, 杂质能级主要由O-2p轨道和C-2p轨道耦合形成, 杂质能级的引入可以增加TiO2对可见光的响应, 从而使TiO2的吸收范围增大. C原子掺杂最佳比例为8.3%, 此时光学吸收边的红移程度最明显, 可增大光吸收效率, 从而提高了TiO2光催化效率.

English Abstract

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