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V-N共掺纤锌矿ZnO光催化性质的第一性原理研究

桂青凤 崔磊 潘靖 胡经国

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V-N共掺纤锌矿ZnO光催化性质的第一性原理研究

桂青凤, 崔磊, 潘靖, 胡经国

Photocatalysis property of V-N codoped wurtzite ZnO by first-principles study

Gui Qing-Feng, Cui Lei, Pan Jing, Hu Jing-Guo
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  • 基于第一性原理的密度泛函理论对V, N单掺杂和V-N共掺杂ZnO的电子结构和光学性质进行了对比研究. 结果表明:三种掺杂均在可见光区域出现光吸收增强的现象, 其中V-N共掺最为明显; 结合能的计算发现V-N共掺的ZnO体系相对V, N单掺而言结构更稳定, 因此V-N共掺的ZnO是一种稳定而有效的光催化剂. 进一步研究表明, 阴-阳离子共掺的形式可以很好地应用于光电化学领域, 并可以制备出高性能稳定的短波光电材料.
    Based on density functional theory of first-principle theory, we systematically investigate the electronic structure and optical property of V-, N- monodoping and V-N codopiong and compare with pure ZnO. The results show that the absorption in the visible light region is enhanced for the doped system, especially for V-N codoped ZnO. The calculated biding energy indicates that the V-N codoping is the most stable system, thus, V-N codoped ZnO is considered as an ideal photocatalyst. Moreover, the method of anion-cation codoping could be better used in photoelectrochemistry and also in the preparation of stable and high performance short wavelength photoelectron devices.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年基金(批准号:11104239, 11104240)、江苏省高校自然科学研究基金(批准号:12KJB140011)和江苏省研究生科研创新计划(批准号:CXLX12_0906)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11104239, 11104240), the Natural Science Foundation of the Higher Education Institutions of Jiangsu Province, China (Grant No. 12KJB140011), and the Creative Research Project of the Graduate Student of Jiangsu Province, China (Grant No. CXLX12_0906).
    [1]

    Park T Y, Choi Y S, Kim S M, Jung G Y, Park S J, Kwon B J, Cho Y H 2011 Appl. Phys. Lett. 98 251111

    [2]

    Leung Y H, He Z B, Luo L B, Tsang C H A, Wong N B, Zhang W J, Lee S T 2010 Appl. Phys. Lett. 96 053102

    [3]

    Wang G, Chu S, Zhan N, Lin Y, Chernyak L, Liu J L 2011 Appl. Phys. Lett. 98 041107

    [4]

    Olad A, Nosrati R 2012 Res. Chem. Intermed. 38 323

    [5]

    Wei S Y, Wang Z G, Yang Z X 2007 Chin. Phys. Lett. 24 800

    [6]

    Hou Q Y, Zhao C W, Jin Y J 2009 Acta Phys. Sin. 58 7136 (in Chinese) [侯清玉, 赵春旺, 金永军 2009物理学报 58 7136]

    [7]

    Sans J A, Sánchez-Royo J F, Segura A, Tobias G, Canadell E 2009 Phys. Rev. B 79 195105

    [8]

    Lai H H, Kuznetsov V L, Egdell R, Edwards P P 2012 Appl. Phys. Lett. 100 072106

    [9]

    Li L Y, Wang W H, Liu H, Liu X D, Song Q G, Ren S W 2009 J. Phys. Chem. C 113 8460

    [10]

    Wu C, Shen L, Yu H G, Zhang Y C, Huang Q L 2012 Mater. Lett. 74 236

    [11]

    Chen L C, Tu Y J, Wang Y S, Kan R S, Huang C M 2008 J. Photochem. Photobiol. A 199 170

    [12]

    Shinde S S, Bhosale C H, Rajpure K Y 2012 J. Photochem. Photobiol. B 113 70

    [13]

    Shinde S S, Rajpure K Y 2012 J. Alloys Compd. 522 118

    [14]

    Liu W W, Yao B, Zhang Z Z, Li Y F, Li B H, Shan C X, Zhang J Y, Shen D Z, Fan X W 2011 J. Appl. Phys. 109 093518

    [15]

    Duan M Y, Xu M, Zhou H P, Chen Q Y, Hu Z G, Dong C J 2008 Acta Phys. Sin. 57 6520 (in Chinese) [段满益, 徐明, 周海平, 陈青云, 胡志刚, 董成军 2008 物理学报 57 6520]

    [16]

    van de Pol F C M 1990 Cerarn. Bull. 69 1959

    [17]

    Ye Y H, Lü B, Zhang W G, Huang H W, Ye Z Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 048401 (in Chinese) [叶颖惠, 吕斌, 张维广, 黄宏文, 叶志镇 2012 物理学报 61 048401]

    [18]

    Hu X Y, Tian H W, Song L J, Zhu P W, Qiao L 2012 Acta Phys. Sin. 61 056102 (in Chinese) [胡小颖, 田宏伟, 宋立军, 朱品文, 乔靓 2012 物理学报 61 056102]

    [19]

    Xie F W, Yang P, Li P, Zhang L Q 2012 Opt. Commun. 285 2660

    [20]

    Zhao Z Y, Liu Q J, Zhu Z Q, Zhang J 2008 Acta Phys. Sin. 57 3760 (in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 朱忠其, 张瑾 2008物理学报 57 3760]

    [21]

    Zhang X J, Gao P, Liu Q J 2010 Acta Phys. Sin. 59 4930 (in Chinese) [张学军, 高攀, 柳清菊 2010物理学报 59 4930]

    [22]

    Liang P, Wang L, Xiong S Y, Dong Q M, Li X Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 053101 (in Chinese) [梁培, 王乐, 熊斯雨, 董前民, 李晓艳 2012 物理学报 61 053101]

    [23]

    Wang D Y, Gao S X, Li G, Zhao M 2010 Acta Phys. Sin. 59 3473 (in Chinese) [王德义, 高书霞, 李刚, 赵鸣 2010物理学报 59 3473]

    [24]

    Zong Y, Zhao Q 2008 Catal. Lett. 124 111

    [25]

    Hendry E, Koeberg M, O'Regan B, Bonn M 2006 Nano Lett. 6 755

    [26]

    Wang L W, Meng L J, Teixeira V, Song S G, Xu Z, Xu X R 2009 Thin Solid. Films 517 3721

    [27]

    Yang X Y, Wolcott A, Wang G M, Sobo A, Fitzmorris R C, Qian F, Zhang J Z, Li Y 2009 Nano Lett. 9 2331

    [28]

    Segall M D, Lindan P J D, Probert M J 2002 J. Phys. Cond. Matt. 14 2717

    [29]

    Saha S, Sinha T P 2000 Phys. Rev. B 62 8828

    [30]

    Gao G Y, Yao K L, Liu Z L, Li Y L, Li Y C, Liu Q M 2006 Solid. State. Commun. 138 494

    [31]

    Qiu Y C, Yan K Y, Deng H, Yang S H 2012 Nano Lett. 12 407

    [32]

    Duan X M, Stampfl C, Bilek M M M, McKenzie D R 2009 Phys. Rev. B 79 235208

  • [1]

    Park T Y, Choi Y S, Kim S M, Jung G Y, Park S J, Kwon B J, Cho Y H 2011 Appl. Phys. Lett. 98 251111

    [2]

    Leung Y H, He Z B, Luo L B, Tsang C H A, Wong N B, Zhang W J, Lee S T 2010 Appl. Phys. Lett. 96 053102

    [3]

    Wang G, Chu S, Zhan N, Lin Y, Chernyak L, Liu J L 2011 Appl. Phys. Lett. 98 041107

    [4]

    Olad A, Nosrati R 2012 Res. Chem. Intermed. 38 323

    [5]

    Wei S Y, Wang Z G, Yang Z X 2007 Chin. Phys. Lett. 24 800

    [6]

    Hou Q Y, Zhao C W, Jin Y J 2009 Acta Phys. Sin. 58 7136 (in Chinese) [侯清玉, 赵春旺, 金永军 2009物理学报 58 7136]

    [7]

    Sans J A, Sánchez-Royo J F, Segura A, Tobias G, Canadell E 2009 Phys. Rev. B 79 195105

    [8]

    Lai H H, Kuznetsov V L, Egdell R, Edwards P P 2012 Appl. Phys. Lett. 100 072106

    [9]

    Li L Y, Wang W H, Liu H, Liu X D, Song Q G, Ren S W 2009 J. Phys. Chem. C 113 8460

    [10]

    Wu C, Shen L, Yu H G, Zhang Y C, Huang Q L 2012 Mater. Lett. 74 236

    [11]

    Chen L C, Tu Y J, Wang Y S, Kan R S, Huang C M 2008 J. Photochem. Photobiol. A 199 170

    [12]

    Shinde S S, Bhosale C H, Rajpure K Y 2012 J. Photochem. Photobiol. B 113 70

    [13]

    Shinde S S, Rajpure K Y 2012 J. Alloys Compd. 522 118

    [14]

    Liu W W, Yao B, Zhang Z Z, Li Y F, Li B H, Shan C X, Zhang J Y, Shen D Z, Fan X W 2011 J. Appl. Phys. 109 093518

    [15]

    Duan M Y, Xu M, Zhou H P, Chen Q Y, Hu Z G, Dong C J 2008 Acta Phys. Sin. 57 6520 (in Chinese) [段满益, 徐明, 周海平, 陈青云, 胡志刚, 董成军 2008 物理学报 57 6520]

    [16]

    van de Pol F C M 1990 Cerarn. Bull. 69 1959

    [17]

    Ye Y H, Lü B, Zhang W G, Huang H W, Ye Z Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 048401 (in Chinese) [叶颖惠, 吕斌, 张维广, 黄宏文, 叶志镇 2012 物理学报 61 048401]

    [18]

    Hu X Y, Tian H W, Song L J, Zhu P W, Qiao L 2012 Acta Phys. Sin. 61 056102 (in Chinese) [胡小颖, 田宏伟, 宋立军, 朱品文, 乔靓 2012 物理学报 61 056102]

    [19]

    Xie F W, Yang P, Li P, Zhang L Q 2012 Opt. Commun. 285 2660

    [20]

    Zhao Z Y, Liu Q J, Zhu Z Q, Zhang J 2008 Acta Phys. Sin. 57 3760 (in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 朱忠其, 张瑾 2008物理学报 57 3760]

    [21]

    Zhang X J, Gao P, Liu Q J 2010 Acta Phys. Sin. 59 4930 (in Chinese) [张学军, 高攀, 柳清菊 2010物理学报 59 4930]

    [22]

    Liang P, Wang L, Xiong S Y, Dong Q M, Li X Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 053101 (in Chinese) [梁培, 王乐, 熊斯雨, 董前民, 李晓艳 2012 物理学报 61 053101]

    [23]

    Wang D Y, Gao S X, Li G, Zhao M 2010 Acta Phys. Sin. 59 3473 (in Chinese) [王德义, 高书霞, 李刚, 赵鸣 2010物理学报 59 3473]

    [24]

    Zong Y, Zhao Q 2008 Catal. Lett. 124 111

    [25]

    Hendry E, Koeberg M, O'Regan B, Bonn M 2006 Nano Lett. 6 755

    [26]

    Wang L W, Meng L J, Teixeira V, Song S G, Xu Z, Xu X R 2009 Thin Solid. Films 517 3721

    [27]

    Yang X Y, Wolcott A, Wang G M, Sobo A, Fitzmorris R C, Qian F, Zhang J Z, Li Y 2009 Nano Lett. 9 2331

    [28]

    Segall M D, Lindan P J D, Probert M J 2002 J. Phys. Cond. Matt. 14 2717

    [29]

    Saha S, Sinha T P 2000 Phys. Rev. B 62 8828

    [30]

    Gao G Y, Yao K L, Liu Z L, Li Y L, Li Y C, Liu Q M 2006 Solid. State. Commun. 138 494

    [31]

    Qiu Y C, Yan K Y, Deng H, Yang S H 2012 Nano Lett. 12 407

    [32]

    Duan X M, Stampfl C, Bilek M M M, McKenzie D R 2009 Phys. Rev. B 79 235208

  • [1] 张英楠, 张敏, 张派, 胡文博. 基于第一性原理GGA+U方法研究Si掺杂β-Ga2O3电子结构和光电性质. 物理学报, 2024, 73(1): 017102. doi: 10.7498/aps.73.20231147
    [2] 熊子谦, 张鹏程, 康文斌, 方文玉. 一种新型二维TiO2的电子结构与光催化性质. 物理学报, 2020, 69(16): 166301. doi: 10.7498/aps.69.20200631
    [3] 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
    [4] 潘凤春, 林雪玲, 曹志杰, 李小伏. Fe, Co, Ni掺杂GaSb的电子结构和光学性质. 物理学报, 2019, 68(18): 184202. doi: 10.7498/aps.68.20190290
    [5] 张丽丽, 夏桐, 刘桂安, 雷博程, 赵旭才, 王少霞, 黄以能. 第一性原理方法研究N-Pr共掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 物理学报, 2019, 68(1): 017401. doi: 10.7498/aps.68.20181531
    [6] 高潭华. 表面氢化双层硅烯的结构和电子性质. 物理学报, 2015, 64(7): 076801. doi: 10.7498/aps.64.076801
    [7] 胡永金, 吴云沛, 刘国营, 罗时军, 何开华. ZnTe结构相变、电子结构和光学性质的研究. 物理学报, 2015, 64(22): 227802. doi: 10.7498/aps.64.227802
    [8] 吴琼, 刘俊, 董前民, 刘阳, 梁培, 舒海波. 硫化锡电子结构和光学性质的量子尺寸效应. 物理学报, 2014, 63(6): 067101. doi: 10.7498/aps.63.067101
    [9] 高潭华, 吴顺情, 张鹏, 朱梓忠. 表面氢化的双层氮化硼的结构和电子性质. 物理学报, 2014, 63(1): 016801. doi: 10.7498/aps.63.016801
    [10] 李建华, 崔元顺, 曾祥华, 陈贵宾. ZnS结构相变、电子结构和光学性质的研究. 物理学报, 2013, 62(7): 077102. doi: 10.7498/aps.62.077102
    [11] 潘磊, 卢铁城, 苏锐, 王跃忠, 齐建起, 付佳, 张燚, 贺端威. -AlON晶体电子结构和光学性质研究. 物理学报, 2012, 61(2): 027101. doi: 10.7498/aps.61.027101
    [12] 张宇飞, 郭志友, 曹东兴. ZnO(0001)表面吸附B的电子结构和光学性质研究. 物理学报, 2011, 60(6): 066802. doi: 10.7498/aps.60.066802
    [13] 李玉琼, 陈建华, 郭进. 天然杂质对黄铁矿的电子结构及催化活性的影响. 物理学报, 2011, 60(9): 097801. doi: 10.7498/aps.60.097801
    [14] 李旭珍, 谢泉, 陈茜, 赵凤娟, 崔冬萌. OsSi2电子结构和光学性质的研究. 物理学报, 2010, 59(3): 2016-2021. doi: 10.7498/aps.59.2016
    [15] 汪志刚, 张杨, 文玉华, 朱梓忠. ZnO原子链的结构稳定性和电子性质的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(3): 2051-2056. doi: 10.7498/aps.59.2051
    [16] 邢海英, 范广涵, 赵德刚, 何 苗, 章 勇, 周天明. Mn掺杂GaN电子结构和光学性质研究. 物理学报, 2008, 57(10): 6513-6519. doi: 10.7498/aps.57.6513
    [17] 毕艳军, 郭志友, 孙慧卿, 林 竹, 董玉成. Co和Mn共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7800-7805. doi: 10.7498/aps.57.7800
    [18] 段满益, 徐 明, 周海平, 陈青云, 胡志刚, 董成军. 碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 物理学报, 2008, 57(10): 6520-6525. doi: 10.7498/aps.57.6520
    [19] 段满益, 徐 明, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军. 过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5359-5365. doi: 10.7498/aps.56.5359
    [20] 沈汉鑫, 蔡娜丽, 文玉华, 朱梓忠. Nb原子链的结构稳定性和电子性质. 物理学报, 2005, 54(11): 5362-5366. doi: 10.7498/aps.54.5362
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-10-30
  • 修回日期:  2012-12-10
  • 刊出日期:  2013-04-05

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