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N掺杂和N-V共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

徐金荣 王影 朱兴凤 李平 张莉

N掺杂和N-V共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

徐金荣, 王影, 朱兴凤, 李平, 张莉
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  • 采用基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法和广义梯度近似加Hubbard参数的似近, 研究了锐钛矿相TiO2, N掺杂TiO2和N-V共掺杂TiO2体系的基态原子构型、电子结构. 结果表明, N掺杂后,其晶胞体积比未掺杂时要略微增大,基态构型并未发生明显变化, 而N-V共掺杂时,对称性被破坏, V原子向N原子附近靠近.计算得到的锐钛矿相TiO2带隙 Egap为3.256 eV,与实验值3.23 eV非常接近. N掺杂TiO2带隙降低了0.4 eV, 而N-V共掺杂带隙降低至2.555 eV.此外, N-V共掺杂会在价带顶和导带底之间形成受主和施主能级, 这种能级对光生电子-空穴对的分离是非常有利的,降低了再次复合的概率. 因此, N-V共掺杂TiO2可以有效地提升TiO2作为光催化剂的催化能力.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11104001);安徽省优秀青年人才基金(批准号: 2012SQRL135)和安徽建筑工业学院青年科研专项项目(批准号: 201183-18)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-03-17
  • 修回日期:  2012-04-15
  • 刊出日期:  2012-10-05

N掺杂和N-V共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

  • 1. 安徽建筑工业学院数理系, 合肥 230601;
  • 2. 南京师范大学物理科学与技术学院, 南京 210097
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11104001)

    安徽省优秀青年人才基金(批准号: 2012SQRL135)和安徽建筑工业学院青年科研专项项目(批准号: 201183-18)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法和广义梯度近似加Hubbard参数的似近, 研究了锐钛矿相TiO2, N掺杂TiO2和N-V共掺杂TiO2体系的基态原子构型、电子结构. 结果表明, N掺杂后,其晶胞体积比未掺杂时要略微增大,基态构型并未发生明显变化, 而N-V共掺杂时,对称性被破坏, V原子向N原子附近靠近.计算得到的锐钛矿相TiO2带隙 Egap为3.256 eV,与实验值3.23 eV非常接近. N掺杂TiO2带隙降低了0.4 eV, 而N-V共掺杂带隙降低至2.555 eV.此外, N-V共掺杂会在价带顶和导带底之间形成受主和施主能级, 这种能级对光生电子-空穴对的分离是非常有利的,降低了再次复合的概率. 因此, N-V共掺杂TiO2可以有效地提升TiO2作为光催化剂的催化能力.

English Abstract

参考文献 (31)

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