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Eu掺杂量对锐钛矿相TiO2电子寿命和吸收光谱影响的第一性原理研究

李聪 侯清玉 张振铎 张冰

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Eu掺杂量对锐钛矿相TiO2电子寿命和吸收光谱影响的第一性原理研究

李聪, 侯清玉, 张振铎, 张冰

First-principles study on the doped concentration effect on electron lifespan and absorption spectrum of Eu-doping anatase TiO2

Li Cong, Hou Qing-Yu, Zhang Zhen-Duo, Zhang Bing
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  • 采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了不同Eu掺杂量的锐钛矿相TiO2超胞模型,计算了其态密度、差分电荷密度、能带结构和吸收光谱.结果发现:掺杂后Eu在TiO2的禁带中产生杂质能级.通过对比两种不同Eu掺杂量(1.39at%和2.08at%)下的锐钛矿TiO2的能带结构,发现掺杂量越高,杂质能级越向深能级方向移动,说明电子复合率随杂质浓度增加而增加,即电子寿命变小,同时吸收光谱红移越显著,强度越强.根据实际需要,可在锐钛矿TiO2中适量掺杂Eu,在适当减少电子寿命情况下,使吸收光谱红移.
    Based on first principles within the density-functional theory, we establish three different concentration Eu-doping anatase TiO2 models by using the plane-wave ultrasoft pseudopotential method. We calculate the density of states, the electron density difference, the band structure and the absorption spectrum. The results show that Eu creates an impurity level in the band gap of TiO2 and a redshift in absorption spectrum of anatase TiO2. By comparing the bands of anatase TiO2, with two different Eu-doping concentrations (1.39 at% and 2.08 at%) we find that more Eu atoms make the impurity level deeper, the recombination rate bigger, and the electron lifespan shorter.
    • 基金项目: 内蒙古自治区自然科学基金(批准号:2010MS0801);内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目(批准号:NJ10073)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Natural Science Foundation of Inner Mongolia Autonomous Region (Grant No. 2010MS0801),and the Natural Inner mongolia autonomous region of College of Science and Technology research project, China (Grant No.NJ10073).
    [1]

    Fujishima A, Honda K 1972 Nature 238 37

    [2]

    Sanjinès R, Tang H, Berger H, Gozzo F, Margaritondo G, Lévy F 1994 J. Appl. Phys. 75 2945

    [3]

    Tang H, Prassd K, Sanjine`s R, Schmid PE, Levy F 1994 J. Appl. Phys. 75 2042

    [4]

    Forro L, Chauvet O, Emin D, Zuppiroli L 1994 J. Appl. Phys. 75 633

    [5]

    Keith M G, James R C 1992 Phys. Rev. B 46 1284

    [6]

    Huang C Y, Zhang L C, Li X H 2008 Chinese Journal of Catalysis29 2 (in Chinese) [黄翠英, 张澜萃, 李晓辉 2008 催化学报 29 2]

    [7]

    Setiawati E, Kawano K 2008 Journal of Alloys and Compounds 451 293

    [8]

    Prociow E L, Domaradzki J, Podhorodecki A, Borkowska A, Kaczmarek D, Misiewicz J 2007 Thin solid films 515 6344

    [9]

    Bian L, Song M X, Zhou T L, Zhao X Y, Dai Q Q 2009 Journal of Rare Earths 27 461

    [10]

    Hou Q Y, Zhang Y, Zhang T 2008 Acta Phys. Sin. 57 3155 (in Chinese) [侯清玉, 张跃, 张涛 2008 物理学报 57 3155]

    [11]

    Zhao Z Y, Liu Q J, Zhang J, Zhu Z Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 6592 (in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 张瑾, 朱忠其 2007 物理学报 56 6592]

    [12]

    Hou T H 2006 Ph. D. Dissertation (Chengdu: Sichuan Univer-sity) p51—52 (in Chinese) [侯廷红 2006 博士学位论文 (成都:四川大学) 第51--52页]

    [13]

    Masashi I, Li J G, Norio K, Yusuke M, Hiromi H, Takamasa I 2008 Thin Solid Films 516 6640

    [14]

    Zeng Q G, Ding Z J, Zhang Z M 2007 J. Mater Sci. 42 3778

    [15]

    Ska K Z 2001 J. Thin Solid Films. 391 229

    [16]

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

    [17]

    Marlo M 2000 J. Phys. Rev. B 62 2899

    [18]

    Yanfa Y, AL-Jassim M M 2004 Phys. Rev. B 69 085204

    [19]

    Burdett J K, Hughbanks T 1987 J. Am. Chem. Soc. 109 3639

    [20]

    Cui X Y, Medvedeva J E, Delley B, Freeman A J, Newman N, Stampfl C 2005 Phys. Rev. Lett. E 95 25604

    [21]

    Wu Y C, Chen T S, Jie T, Li G H, Zheng Z X, Zhang L D 2005 Journal of f Unctional Materials Contents 36 124 (in Chinese) [吴玉程, 陈挺松, 解挺, 李广海, 郑治祥, 张立德 2008 功能材料 36 124]

    [22]

    Lu Q, Cheng X L, Yang X D, Fan Y H 2009 Acta Phys. Sin. 58 2684 (in Chinese) [刘强, 程新路, 杨向东, 范勇恒 2009 物理学报 58 2684]

    [23]

    Chen S Y, Ting C C, Wei F 2003 Thin Solid Films 434 171

    [24]

    Perdew J P, Mel L 1983 Phys.Rev. Lett. 51 1884

    [25]

    Huang K, Han R Q 1988 Solid Physics 338 (in Chinese) [黄昆著、韩汝琦改编 1988 固体物理学 3第38页]

    [26]

    Zhang F C, Deng Z H, Yan J F, Yun J N, Zhang Z Y 2005 Electronic Components & Materials 24 4 (in Chinese) [张富春, 邓周虎, 阎军锋, 允江妮, 张志勇 2005 电子元件与材料 24 4]

    [27]

    Xu L, Tang C Q, Qian J 2009 Acta Phys. Sin. 59 2721 (in Chi-nese) [徐凌, 唐超群, 钱俊 2009 物理学报 59 2721]

  • [1]

    Fujishima A, Honda K 1972 Nature 238 37

    [2]

    Sanjinès R, Tang H, Berger H, Gozzo F, Margaritondo G, Lévy F 1994 J. Appl. Phys. 75 2945

    [3]

    Tang H, Prassd K, Sanjine`s R, Schmid PE, Levy F 1994 J. Appl. Phys. 75 2042

    [4]

    Forro L, Chauvet O, Emin D, Zuppiroli L 1994 J. Appl. Phys. 75 633

    [5]

    Keith M G, James R C 1992 Phys. Rev. B 46 1284

    [6]

    Huang C Y, Zhang L C, Li X H 2008 Chinese Journal of Catalysis29 2 (in Chinese) [黄翠英, 张澜萃, 李晓辉 2008 催化学报 29 2]

    [7]

    Setiawati E, Kawano K 2008 Journal of Alloys and Compounds 451 293

    [8]

    Prociow E L, Domaradzki J, Podhorodecki A, Borkowska A, Kaczmarek D, Misiewicz J 2007 Thin solid films 515 6344

    [9]

    Bian L, Song M X, Zhou T L, Zhao X Y, Dai Q Q 2009 Journal of Rare Earths 27 461

    [10]

    Hou Q Y, Zhang Y, Zhang T 2008 Acta Phys. Sin. 57 3155 (in Chinese) [侯清玉, 张跃, 张涛 2008 物理学报 57 3155]

    [11]

    Zhao Z Y, Liu Q J, Zhang J, Zhu Z Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 6592 (in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 张瑾, 朱忠其 2007 物理学报 56 6592]

    [12]

    Hou T H 2006 Ph. D. Dissertation (Chengdu: Sichuan Univer-sity) p51—52 (in Chinese) [侯廷红 2006 博士学位论文 (成都:四川大学) 第51--52页]

    [13]

    Masashi I, Li J G, Norio K, Yusuke M, Hiromi H, Takamasa I 2008 Thin Solid Films 516 6640

    [14]

    Zeng Q G, Ding Z J, Zhang Z M 2007 J. Mater Sci. 42 3778

    [15]

    Ska K Z 2001 J. Thin Solid Films. 391 229

    [16]

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

    [17]

    Marlo M 2000 J. Phys. Rev. B 62 2899

    [18]

    Yanfa Y, AL-Jassim M M 2004 Phys. Rev. B 69 085204

    [19]

    Burdett J K, Hughbanks T 1987 J. Am. Chem. Soc. 109 3639

    [20]

    Cui X Y, Medvedeva J E, Delley B, Freeman A J, Newman N, Stampfl C 2005 Phys. Rev. Lett. E 95 25604

    [21]

    Wu Y C, Chen T S, Jie T, Li G H, Zheng Z X, Zhang L D 2005 Journal of f Unctional Materials Contents 36 124 (in Chinese) [吴玉程, 陈挺松, 解挺, 李广海, 郑治祥, 张立德 2008 功能材料 36 124]

    [22]

    Lu Q, Cheng X L, Yang X D, Fan Y H 2009 Acta Phys. Sin. 58 2684 (in Chinese) [刘强, 程新路, 杨向东, 范勇恒 2009 物理学报 58 2684]

    [23]

    Chen S Y, Ting C C, Wei F 2003 Thin Solid Films 434 171

    [24]

    Perdew J P, Mel L 1983 Phys.Rev. Lett. 51 1884

    [25]

    Huang K, Han R Q 1988 Solid Physics 338 (in Chinese) [黄昆著、韩汝琦改编 1988 固体物理学 3第38页]

    [26]

    Zhang F C, Deng Z H, Yan J F, Yun J N, Zhang Z Y 2005 Electronic Components & Materials 24 4 (in Chinese) [张富春, 邓周虎, 阎军锋, 允江妮, 张志勇 2005 电子元件与材料 24 4]

    [27]

    Xu L, Tang C Q, Qian J 2009 Acta Phys. Sin. 59 2721 (in Chi-nese) [徐凌, 唐超群, 钱俊 2009 物理学报 59 2721]

  • [1] 罗娅, 张耘, 梁金铃, 刘林凤. 铜铁镁三掺铌酸锂晶体的第一性原理研究. 物理学报, 2020, 69(5): 054205. doi: 10.7498/aps.69.20191799
    [2] 梁金铃, 张耘, 邱晓燕, 吴圣钰, 罗娅. 铁镁共掺钽酸锂晶体的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(20): 204205. doi: 10.7498/aps.68.20190575
    [3] 张耘, 王学维, 柏红梅. 第一性原理下铟锰共掺铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱. 物理学报, 2017, 66(2): 024208. doi: 10.7498/aps.66.024208
    [4] 曲灵丰, 侯清玉, 赵春旺. Y掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(3): 037103. doi: 10.7498/aps.65.037103
    [5] 李聪, 郑友进, 付斯年, 姜宏伟, 王丹. 稀土(La/Ce/Pr/Nd)掺杂锐钛矿相TiO2磁性及光催化活性的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(3): 037102. doi: 10.7498/aps.65.037102
    [6] 侯清玉, 李文材, 赵春旺. In–2N高共掺浓度和择优取向对ZnO最小光学带隙和吸收光谱的影响. 物理学报, 2015, 64(6): 067101. doi: 10.7498/aps.64.067101
    [7] 赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维. Fe:Mg:LiNbO3晶体电子结构和吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(12): 124210. doi: 10.7498/aps.64.124210
    [8] 徐朝鹏, 王永贞, 张伟, 王倩, 吴国庆. Tl掺杂对InI禁带宽度和吸收边带影响的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(14): 147102. doi: 10.7498/aps.63.147102
    [9] 郭少强, 侯清玉, 赵春旺, 毛斐. V高掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(10): 107101. doi: 10.7498/aps.63.107101
    [10] 侯清玉, 郭少强, 赵春旺. 氧空位浓度对ZnO电子结构和吸收光谱影响的研究. 物理学报, 2014, 63(14): 147101. doi: 10.7498/aps.63.147101
    [11] 毛斐, 侯清玉, 赵春旺, 郭少强. Pr高掺杂浓度对锐钛矿TiO2的带隙和吸收光谱影响的研究. 物理学报, 2014, 63(5): 057103. doi: 10.7498/aps.63.057103
    [12] 侯清玉, 董红英, 马文, 赵春旺. Ga高掺杂对ZnO的最小光学带隙和吸收带边影响的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(15): 157101. doi: 10.7498/aps.62.157101
    [13] 钱帅, 郭新立, 王家佳, 余新泉, 吴三械, 于金. Cun-1Au (n=2–10)团簇结构、静态极化率及吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(5): 057803. doi: 10.7498/aps.62.057803
    [14] 侯清玉, 董红英, 迎春, 马文. Mn高掺杂浓度对ZnO禁带宽度和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(3): 037101. doi: 10.7498/aps.62.037101
    [15] 侯清玉, 董红英, 迎春, 马文. Al高掺杂浓度对ZnO禁带和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(16): 167102. doi: 10.7498/aps.61.167102
    [16] 李聪, 侯清玉, 张振铎, 赵春旺, 张冰. Sm-N共掺杂对锐钛矿相TiO2的电子结构和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(16): 167103. doi: 10.7498/aps.61.167103
    [17] 徐凌, 唐超群, 钱俊. C掺杂锐钛矿相TiO2吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(4): 2721-2727. doi: 10.7498/aps.59.2721
    [18] 黄 丹, 邵元智, 陈弟虎, 郭 进, 黎光旭. 纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(2): 1078-1083. doi: 10.7498/aps.57.1078
    [19] 侯清玉, 张 跃, 张 涛. 高氧空位浓度对锐钛矿TiO2莫特相变和光谱红移及电子寿命影响的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1862-1866. doi: 10.7498/aps.57.1862
    [20] 侯清玉, 张 跃, 张 涛. 高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3155-3159. doi: 10.7498/aps.57.3155
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-06-24
  • 修回日期:  2012-04-05
  • 刊出日期:  2012-04-05

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