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P掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

郑树凯 吴国浩 刘磊

P掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

郑树凯, 吴国浩, 刘磊
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  • 利用基于密度泛函理论的第一性原理对不同P掺杂形式(P替位Ti, P替位O, 间隙P)的锐钛矿相TiO2的晶格常数、电荷布居、能带结构、分态密度和吸收光谱进行了计算. 结果表明, P替位Ti时, TiO2体积减小, P替位O和间隙P的存在使TiO2的体积膨胀; 替位Ti的P和间隙P均有不同程度的氧化, 而替位O的P带有负电荷. 三种P掺杂形式均导致锐钛矿相TiO2禁带宽度的增大, 并在TiO2禁带之内引入了掺杂局域能级. P掺杂导致TiO2禁带宽度增大的程度依次为: 间隙P>P替位Ti>P替位O. 吸收光谱的计算结果表明, P替位Ti并不能增强TiO2的可见光吸收能力, 但间隙P的存在大幅提高了TiO2的可见光光吸收能力, 间隙P有可能是造成实验上P掺杂增强锐钛矿相TiO2光催化活性的重要原因.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61204079)和河北省自然科学基金(批准号:E2012201088)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-08-18
  • 修回日期:  2012-09-26
  • 刊出日期:  2013-02-20

P掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

  • 1. 河北大学电子信息工程学院, 河北大学计算材料研究中心, 保定 071002
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61204079)和河北省自然科学基金(批准号:E2012201088)资助的课题.

摘要: 利用基于密度泛函理论的第一性原理对不同P掺杂形式(P替位Ti, P替位O, 间隙P)的锐钛矿相TiO2的晶格常数、电荷布居、能带结构、分态密度和吸收光谱进行了计算. 结果表明, P替位Ti时, TiO2体积减小, P替位O和间隙P的存在使TiO2的体积膨胀; 替位Ti的P和间隙P均有不同程度的氧化, 而替位O的P带有负电荷. 三种P掺杂形式均导致锐钛矿相TiO2禁带宽度的增大, 并在TiO2禁带之内引入了掺杂局域能级. P掺杂导致TiO2禁带宽度增大的程度依次为: 间隙P>P替位Ti>P替位O. 吸收光谱的计算结果表明, P替位Ti并不能增强TiO2的可见光吸收能力, 但间隙P的存在大幅提高了TiO2的可见光光吸收能力, 间隙P有可能是造成实验上P掺杂增强锐钛矿相TiO2光催化活性的重要原因.

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参考文献 (25)

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