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Zn吸附到含有氧空位(VO)以及羟基(-OH)的锐钛矿相TiO2(101)表面电子结构的第一性原理计算

马丽莎 张前程 程琳

Zn吸附到含有氧空位(VO)以及羟基(-OH)的锐钛矿相TiO2(101)表面电子结构的第一性原理计算

马丽莎, 张前程, 程琳
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  • 基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法, 计算了Zn吸附到TiO2(101)清洁表面、含有氧空位(VO)的缺陷表面以及既含有氧空位(VO)又含有羟基(-OH)表面的能量、Mulliken重叠布居数以及电子结构, 并找到了Zn在每种表面的最稳定结构(分别为模型(c), 模型(aI)以及模型(aII)). 通过对三种表面稳定结构的分析、对比发现: 首先, Zn原子吸附到清洁TiO2(101)表面上, 主要与表面氧相互作用, 形成Zn–O共价键; 其次, 当Zn原子吸附到缺陷表面时, 吸附能减小到-1.75 eV, 说明Zn更容易吸附到氧空位上(模型(aI)); 最后, 纵观表面模型的能带结构以及态密度图发现, -OH的引入并没有引进新的杂质能级, Zn吸附此表面, 即Zn-TiO2-VO-OH, 使得禁带宽度缩短到最小(1.85 eV), 从而有望提高TiO2的光催化活性.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:20966006);内蒙古自治区高等学校科学研究项目(批准号:NJZY11073)和内蒙古工业大学科学研究项目(批准号:ZD201207)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-05-08
  • 修回日期:  2013-06-05
  • 刊出日期:  2013-09-05

Zn吸附到含有氧空位(VO)以及羟基(-OH)的锐钛矿相TiO2(101)表面电子结构的第一性原理计算

  • 1. 内蒙古工业大学内蒙古自治区工业催化重点实验室, 呼和浩特 010051
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:20966006)

    内蒙古自治区高等学校科学研究项目(批准号:NJZY11073)和内蒙古工业大学科学研究项目(批准号:ZD201207)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法, 计算了Zn吸附到TiO2(101)清洁表面、含有氧空位(VO)的缺陷表面以及既含有氧空位(VO)又含有羟基(-OH)表面的能量、Mulliken重叠布居数以及电子结构, 并找到了Zn在每种表面的最稳定结构(分别为模型(c), 模型(aI)以及模型(aII)). 通过对三种表面稳定结构的分析、对比发现: 首先, Zn原子吸附到清洁TiO2(101)表面上, 主要与表面氧相互作用, 形成Zn–O共价键; 其次, 当Zn原子吸附到缺陷表面时, 吸附能减小到-1.75 eV, 说明Zn更容易吸附到氧空位上(模型(aI)); 最后, 纵观表面模型的能带结构以及态密度图发现, -OH的引入并没有引进新的杂质能级, Zn吸附此表面, 即Zn-TiO2-VO-OH, 使得禁带宽度缩短到最小(1.85 eV), 从而有望提高TiO2的光催化活性.

English Abstract

参考文献 (21)

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