搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

重氧空位对金红石型和锐钛矿型TiO2导电性能影响的模拟计算

侯清玉 乌云 赵春旺

引用本文:
Citation:

重氧空位对金红石型和锐钛矿型TiO2导电性能影响的模拟计算

侯清玉, 乌云, 赵春旺

Effect of concentration of heavy oxygen vacancy in rutile and anatase (TiO2) on electric conductivity performance studied by simulation and calculation

Hou Qing-Yu, Wu Yun, Zhao Chun-Wang
PDF
导出引用
  • 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,构建了未掺杂与相同重氧空位金红石型和锐钛矿型TiO1.9375超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、能带结构分布和态密度分布的计算. 结果表明,氧空位后金红石型和锐钛矿型TiO2体系体积均变大,同时,锐钛矿型TiO1.9375超胞的稳定性、迁移率以及电导率均高于金红石型TiO1.9375超胞. 计算结果和实验结果相一致.
    The pure and heavy oxygen vacancy for both rutile and anatase supercell models of TiO1.9375 were structured by using first-principles plane-wave ultrasoft pseudopotential method based on the density functional theory, the geometry optimizations, band structures, and density of states of these models were calculated. Results show that the volumes become greater for both heavy oxygen vacancy rutile and anatase, meanwhile, all of the stability, mobility, and conductivity of anatase supercell model of TiO1.9375 ore greater than the rutile supercell model, which are in agreement with the experimental results.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61366008,51261017)、教育部春晖计划资助项目和内蒙古自治区高等学校科学研究项目(批准号:NJZZ13099)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61366008, 51261017), the Ministry of Education Spring Sunshine Plan Funding, and the CollegeScience Research Projectof Inner Mongolia Autonomous Region, China (Grant No. NJZZ13099).
    [1]

    Fujishima A, Honda K 1972 Nature 37 238

    [2]

    Zhao Z Y, Liu Q J, Zhang J, Zhu Z Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 6593 (in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 张瑾, 朱忠其 2007 物理学报 56 6593]

    [3]

    Xu L, Tang C Q, Qian J 2010 Acta Phys. Sin. 59 2721 (in Chinese) [徐凌, 唐超群, 钱俊 2010 物理学报 59 2721]

    [4]

    Choi W, Termin A, Hoffmann M R 1994 J. Phys. Chem. 98 13669

    [5]

    Mao L Q, Li Q L, Zhang Z J 2007 Solar Energy 81 1280

    [6]

    Su W T, Song K X, Huo D X, Li B 2013 Curr. Appl. Phys. 13 556

    [7]

    Tian H Y, Zhao G H, Zhang Y N, Wang Y B, Cao T C 2013 Electrochim Acta 96 199

    [8]

    Song K N, Han X P, Shao G S 2013 J. Alloys Compd 551 118

    [9]

    Hou Q Y, Zhang Y, Zhang T 2008 Acta Phys. Sin. 57 1862 (in Chinese) [侯清玉, 张跃, 张涛 2008 物理学报 57 1862]

    [10]

    Li C, Hou Q Y, Zhang Z D, Zhao C W 2012 Acta Phys. Sin. 61 167103 (in Chinese) [李聪, 侯清玉, 张振铎, 赵春旺 2012 物理学报61 167103]

    [11]

    Lin Y M Jiang Z Y, Hu X Y, Zhang X D, Fan J, Miao H, Shang Y B 2012 Chin. Phys. B 21 033103

    [12]

    Ni L H, Liu Y, Ren Z H, Song C L, Han G R 2011 Chin. Phys. B 20 106102

    [13]

    Liu H, Ma H T, Li X Z, Li W Z, Wu M, Bao X H 2003 Chemosphere 50 39

    [14]

    Nakamura I, Negishi N, Kutsuna S, Ihara T, Sugihara S, Takeuch K 2000 J. Mol. Catal. A 161 205

    [15]

    Justicia I, Ordejón P, Canto G, Mozos J L, Fraxedas J, Battiston G A, Gerbasi R, Figueras A 2002 Adv. Mater 14 1399

    [16]

    Halley J W, Michalewicz M T, Tit N 1990 Phys. Rev. B 41 10165

    [17]

    Hou Q Y, Zhang Y, Chen Y, Shang J X, Gu J H 2008 Acta Phys. Sin. 57 438 (in Chinese) [侯清玉, 张跃, 陈粤, 尚家香, 谷景华 2008 物理学报 57 438]

    [18]

    Pournami P V, Marykutty T, George K C 2012 J. Appl. Phys. 112 104308

    [19]

    Clark S J, Segall M D, Pickard C J, Hasnip P J, Probert M I J, Refson K, Payne M C 2005 Z. Kristallogr 220 567

    [20]

    Segall M D, Philip J D L 2002 J. Phys: Dondens. Matter. 14 2717

    [21]

    Tsutomu U, Tetsuya Y, Hisayoshi I, Keisuke A 2002 J. Phys. Chem. Solids 63 1909

    [22]

    Kafizas A, Parkin I P 2011 J. Am. Chem. Soc. 133 20458

    [23]

    Sorescu M, Diamandescu L, Tarabsanu M D, Teodorescuv V S 2004 J. Mat. Sci. 39 675

    [24]

    Rumaiz A K, Ali B, Ceylan A, Boggs M, Beebe T, Shah S I 2007 Solid. State. Commun 144 334

    [25]

    Tang H, Prasad K, Sanjinés R, Schmid P E, Lévy F 1994 J. Appl. Phys. 75 2042

    [26]

    Hou Q Y, Zhang Y, Gu J H 2007 Function Mater 38 642 (in Chinese) [侯清玉, 张跃, 谷景华 2007 功能材料 38 642]

    [27]

    Xu M L 1991 Oxides and compound semiconductor base (Xi’an: Xi’an Electronic Science Technology University Press) p218–221 (in Chinese) [徐敏龙 1991 氧化物与化合物半导体基础 (西安: 西安电子科技大学出版社) 第218–221页]

  • [1]

    Fujishima A, Honda K 1972 Nature 37 238

    [2]

    Zhao Z Y, Liu Q J, Zhang J, Zhu Z Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 6593 (in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 张瑾, 朱忠其 2007 物理学报 56 6593]

    [3]

    Xu L, Tang C Q, Qian J 2010 Acta Phys. Sin. 59 2721 (in Chinese) [徐凌, 唐超群, 钱俊 2010 物理学报 59 2721]

    [4]

    Choi W, Termin A, Hoffmann M R 1994 J. Phys. Chem. 98 13669

    [5]

    Mao L Q, Li Q L, Zhang Z J 2007 Solar Energy 81 1280

    [6]

    Su W T, Song K X, Huo D X, Li B 2013 Curr. Appl. Phys. 13 556

    [7]

    Tian H Y, Zhao G H, Zhang Y N, Wang Y B, Cao T C 2013 Electrochim Acta 96 199

    [8]

    Song K N, Han X P, Shao G S 2013 J. Alloys Compd 551 118

    [9]

    Hou Q Y, Zhang Y, Zhang T 2008 Acta Phys. Sin. 57 1862 (in Chinese) [侯清玉, 张跃, 张涛 2008 物理学报 57 1862]

    [10]

    Li C, Hou Q Y, Zhang Z D, Zhao C W 2012 Acta Phys. Sin. 61 167103 (in Chinese) [李聪, 侯清玉, 张振铎, 赵春旺 2012 物理学报61 167103]

    [11]

    Lin Y M Jiang Z Y, Hu X Y, Zhang X D, Fan J, Miao H, Shang Y B 2012 Chin. Phys. B 21 033103

    [12]

    Ni L H, Liu Y, Ren Z H, Song C L, Han G R 2011 Chin. Phys. B 20 106102

    [13]

    Liu H, Ma H T, Li X Z, Li W Z, Wu M, Bao X H 2003 Chemosphere 50 39

    [14]

    Nakamura I, Negishi N, Kutsuna S, Ihara T, Sugihara S, Takeuch K 2000 J. Mol. Catal. A 161 205

    [15]

    Justicia I, Ordejón P, Canto G, Mozos J L, Fraxedas J, Battiston G A, Gerbasi R, Figueras A 2002 Adv. Mater 14 1399

    [16]

    Halley J W, Michalewicz M T, Tit N 1990 Phys. Rev. B 41 10165

    [17]

    Hou Q Y, Zhang Y, Chen Y, Shang J X, Gu J H 2008 Acta Phys. Sin. 57 438 (in Chinese) [侯清玉, 张跃, 陈粤, 尚家香, 谷景华 2008 物理学报 57 438]

    [18]

    Pournami P V, Marykutty T, George K C 2012 J. Appl. Phys. 112 104308

    [19]

    Clark S J, Segall M D, Pickard C J, Hasnip P J, Probert M I J, Refson K, Payne M C 2005 Z. Kristallogr 220 567

    [20]

    Segall M D, Philip J D L 2002 J. Phys: Dondens. Matter. 14 2717

    [21]

    Tsutomu U, Tetsuya Y, Hisayoshi I, Keisuke A 2002 J. Phys. Chem. Solids 63 1909

    [22]

    Kafizas A, Parkin I P 2011 J. Am. Chem. Soc. 133 20458

    [23]

    Sorescu M, Diamandescu L, Tarabsanu M D, Teodorescuv V S 2004 J. Mat. Sci. 39 675

    [24]

    Rumaiz A K, Ali B, Ceylan A, Boggs M, Beebe T, Shah S I 2007 Solid. State. Commun 144 334

    [25]

    Tang H, Prasad K, Sanjinés R, Schmid P E, Lévy F 1994 J. Appl. Phys. 75 2042

    [26]

    Hou Q Y, Zhang Y, Gu J H 2007 Function Mater 38 642 (in Chinese) [侯清玉, 张跃, 谷景华 2007 功能材料 38 642]

    [27]

    Xu M L 1991 Oxides and compound semiconductor base (Xi’an: Xi’an Electronic Science Technology University Press) p218–221 (in Chinese) [徐敏龙 1991 氧化物与化合物半导体基础 (西安: 西安电子科技大学出版社) 第218–221页]

  • [1] 龚凌云, 张萍, 陈倩, 楼志豪, 许杰, 高峰. Nb5+掺杂钛酸锶结构与性能的第一性原理研究. 物理学报, 2021, 70(22): 227101. doi: 10.7498/aps.70.20211241
    [2] 付正鸿, 李婷, 单美乐, 郭糠, 苟国庆. H对Mg2Si力学性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(17): 177102. doi: 10.7498/aps.68.20190368
    [3] 杨亮, 王才壮, 林仕伟, 曹阳. 氧原子在钛晶体中扩散的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(11): 116601. doi: 10.7498/aps.66.116601
    [4] 侯清玉, 李勇, 赵春旺. Al掺杂和空位对ZnO磁性影响的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(6): 067202. doi: 10.7498/aps.66.067202
    [5] 侯清玉, 曲灵丰, 赵春旺. Al-2N掺杂量对ZnO光电性能的影响. 物理学报, 2016, 65(5): 057401. doi: 10.7498/aps.65.057401
    [6] 代广珍, 代月花, 徐太龙, 汪家余, 赵远洋, 陈军宁, 刘琦. HfO2中影响电荷俘获型存储器的氧空位特性第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(12): 123101. doi: 10.7498/aps.63.123101
    [7] 侯清玉, 乌云, 赵春旺. In-2N高共掺位向对ZnO(GGA+U)导电性能影响的研究. 物理学报, 2014, 63(13): 137201. doi: 10.7498/aps.63.137201
    [8] 侯清玉, 刘全龙, 赵春旺, 赵二俊. (Al, Ga, In)和2N择优位向重共掺对ZnO导电性能影响的研究. 物理学报, 2014, 63(5): 057101. doi: 10.7498/aps.63.057101
    [9] 黄有林, 侯育花, 赵宇军, 刘仲武, 曾德长, 马胜灿. 应变对钴铁氧体电子结构和磁性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 167502. doi: 10.7498/aps.62.167502
    [10] 李宇波, 王骁, 戴庭舸, 袁广中, 杨杭生. 第一性原理计算研究立方氮化硼空位的电学和光学特性. 物理学报, 2013, 62(7): 074201. doi: 10.7498/aps.62.074201
    [11] 侯清玉, 董红英, 马文, 赵春旺. Zn1-xTMxO (TM=Al, Ga, In)导电性能的模拟计算. 物理学报, 2013, 62(15): 157102. doi: 10.7498/aps.62.157102
    [12] 侯清玉, 乌云格日乐, 赵春旺. 高氧空位浓度对金红石TiO2导电性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 167201. doi: 10.7498/aps.62.167201
    [13] 侯清玉, 马文, 迎春. Ga/N高共掺浓度对ZnO导电性能和红移影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(1): 017103. doi: 10.7498/aps.61.017103
    [14] 何旭, 何林, 唐明杰, 徐明. 第一性原理研究空位点缺陷对高压下LiF的电子结构和光学性质的影响. 物理学报, 2011, 60(2): 026102. doi: 10.7498/aps.60.026102
    [15] 侯清玉, 赵春旺, 金永军, 关玉琴, 林琳, 李继军. ZnO高掺杂Ga的浓度对导电性能和红移效应影响的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(6): 4156-4161. doi: 10.7498/aps.59.4156
    [16] 侯清玉, 赵春旺, 金永军. Al-2N高共掺浓度对ZnO半导体导电性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7136-7140. doi: 10.7498/aps.58.7136
    [17] 杨银堂, 武 军, 蔡玉荣, 丁瑞雪, 宋久旭, 石立春. p型K:ZnO导电机理的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(11): 7151-7156. doi: 10.7498/aps.57.7151
    [18] 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
    [19] 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
    [20] 彭丽萍, 徐 凌, 尹建武. N掺杂锐钛矿TiO2光学性能的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1585-1589. doi: 10.7498/aps.56.1585
计量
  • 文章访问数:  9222
  • PDF下载量:  30768
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-06-28
  • 修回日期:  2013-08-31
  • 刊出日期:  2013-12-05

/

返回文章
返回