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

Cu/N表面沉积共掺杂TiO2光催化剂作用机理的理论研究

李宗宝 王霞 樊帅伟

引用本文:
Citation:

Cu/N表面沉积共掺杂TiO2光催化剂作用机理的理论研究

李宗宝, 王霞, 樊帅伟

Research of the synergistic effects in Cu/N co-doped TiO2 surface:A DFT calculation

Li Zong-Bao, Wang Xia, Fan Shuai-Wei
PDF
导出引用
  • 本文采用基于周期性密度泛函理论研究了Cu/N表面沉积共掺杂对锐钛矿相TiO2(001)面的修饰作用. 计算了Cu在不同位置掺杂TiO2(101)面和(001)面的形成能,并在此基础上计算N不同位置掺杂TiO2(001)面及Cu/TiO2(001)面的形成能,通过形成能的比较获得了表面共掺杂的最优化结构. 在此基础上计算了最稳定结构的能带结构及态密度,并与S单掺杂TiO2(001)面最稳定结构进行了对比. 通过对结果的分析发现:Cu/N在(001)表面的沉积共掺杂有效降低了TiO2 的禁带宽度,并在表面形成CuO2 相,更利于提高其光催化活性.
    First principles density functional theory calculations are carried out to investigate the interactions between implanted copper and nitrogen atoms at the anatase TiO2 (001) surface. The doped configurations and formation energies of Cu on TiO2 (001) and TiO2 (101) surfaces, N on TiO2 (001) and Cu/TiO2 (001) surfaces have been considered, and the perfected structures are obtained. Compared with the S/TiO2 (001) perfected structure, the analyses of the band structure and density of states of Cu/N-TiO2 (001) show that the band gap is decreased obviously when the CuO2 state occurrs; this could improve the photocatalytic activity significantly.
    • 基金项目: 贵州省教育厅自然科学基金重点项目(批准号:黔教合KY字[2013]182号)和贵州省自然科学基金(批准号:黔科合J字LKT[2012]17号)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Natural Science Foundation of Guizhou Province, China (Grant Nos. KY[2013]182, LKT[2012]17).
    [1]

    Wang P, Grätze M 2003 Nat. Mater. 21 402

    [2]
    [3]

    Hagfeldt A, Grätzel M 1995 Chem. Rev. 95 49

    [4]
    [5]

    Mills A, Hunte S L 1997 J. Photoch. Photobio. A 08 1

    [6]
    [7]
    [8]

    Li Z B, Wang X, Jia L C, Chi B 2014 J. Mol. Str. 1061 160

    [9]
    [10]

    Yang K S, Dai Y, Huang B B 2009 Chem. Phys. Chem. 10 2327

    [11]

    Zhu Y T, Wei W, Dai Y, Huang B B 2012 Appl. Surf. Sci. 258 4806

    [12]
    [13]

    Wang Y J, Wang C Y, Wang S Y 2013 Chin. Phys. B 03 364

    [14]
    [15]

    Li W, Wei S H, Duan X M 2014 Chin. Phys. B 02???? 465

    [16]
    [17]

    Maeda M, Yamada T 2007 J. Phys.:Conf. Ser. 61 755

    [18]
    [19]
    [20]

    Sreethawong T, Yoshikawa S 2005 Photocatalys. Catal. Commun. 6 661

    [21]
    [22]

    Rodríguez J A, Evans J, Graciano J, Park J B, Liu P, Hrbek J, Sanz J F 2009 J. Phys. Chem. C 113 7364

    [23]
    [24]

    Karunakaran C, Abiramasundari G, Gomathisankar P 2010 J. Colloid Interf. Sci. 352 68

    [25]

    Zhao X W, Xi H P, Liao Q W 2013 Acta Phys. -Chim. Sin. 29 2232

    [26]
    [27]
    [28]

    Li Z B, Wang X, Jia L C 2013 Acta Phys. Sin. 62 203103 [李宗宝, 王霞, 贾礼超 2013 物理学报 62 203103]

    [29]
    [30]

    Sakthivel R, Ntho T, Witcomb M, Scurrell M S 2009 Catal. Lett. 130 341

    [31]
    [32]

    Zhang X J, Zhang G F, Jin H X, Zhu L D, Liu Q J 2013 Acta Phys. Sin. 62 017102 [张学军, 张光富, 金辉霞, 朱良迪, 柳清菊 2013 物理学报 62 017102]

    [33]
    [34]

    Liu C, Tang X H, Mo C H, Qiang Z M 2008 J. Solid State Chem. 181 913

    [35]
    [36]

    Obata K, Irie H, Hashimoto K 2007 Chem. Phys. 339 124

    [37]

    Yang G D, Jiang Z, Shi H H, Jones M O, Xiao T C, Edwards P P, Yan Z F 2010 Appl. Catal. B 96 458

    [38]
    [39]

    Morikawa T, Irokawa Y, Ohwaki T 2006 Appl. Catal. A 314 123

    [40]
    [41]
    [42]

    Song K, Zhou J, Bao J, Feng Y 2008 J. Am. Ceram. Soc. 91 1369

    [43]

    Wang C, Hu Q Q, Huang J Q 2014 Appl. Surf. Sci. 292 161

    [44]
    [45]
    [46]

    Pham T D, Lee B K 2014 Appl. Surf. Sci. 296 15

    [47]

    Finazzi E, Valentin C D, Selloni A, Pacchioni G 2007 J. Phys. Chem. C 111 9275

    [48]
    [49]

    Lee J H, Hevia D F, Selloni A 2013 Phys. Rev. Lett. 110 5

    [50]
    [51]

    Perdew J P, Burke K M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [52]
    [53]
    [54]

    Dudarev S L, Botton G A, Savarsov S Y 1998 Phys. Rev. B 57 1505

    [55]

    Jia L C, Wu C C, Han S, Yao N, Li Y Y, Li Z Z, Chi B, Pu J, Li J 2011 J. Alloy. Compd. 509 6067

    [56]
    [57]

    Kresse G, Furthermuller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [58]
    [59]

    Monkhorst H J, Pack J D 1998 Phys. Rev. B 13 5188

    [60]
    [61]

    Zhao X W, Xi H P, Liao Q W 2013 Acta Phys.-Chim. Sin. 29 2232

    [62]
    [63]

    Liu Y M, Liang W, Zhang W G, Zhang J J, Han P D 2013 Solid State Commun. 164 27

  • [1]

    Wang P, Grätze M 2003 Nat. Mater. 21 402

    [2]
    [3]

    Hagfeldt A, Grätzel M 1995 Chem. Rev. 95 49

    [4]
    [5]

    Mills A, Hunte S L 1997 J. Photoch. Photobio. A 08 1

    [6]
    [7]
    [8]

    Li Z B, Wang X, Jia L C, Chi B 2014 J. Mol. Str. 1061 160

    [9]
    [10]

    Yang K S, Dai Y, Huang B B 2009 Chem. Phys. Chem. 10 2327

    [11]

    Zhu Y T, Wei W, Dai Y, Huang B B 2012 Appl. Surf. Sci. 258 4806

    [12]
    [13]

    Wang Y J, Wang C Y, Wang S Y 2013 Chin. Phys. B 03 364

    [14]
    [15]

    Li W, Wei S H, Duan X M 2014 Chin. Phys. B 02???? 465

    [16]
    [17]

    Maeda M, Yamada T 2007 J. Phys.:Conf. Ser. 61 755

    [18]
    [19]
    [20]

    Sreethawong T, Yoshikawa S 2005 Photocatalys. Catal. Commun. 6 661

    [21]
    [22]

    Rodríguez J A, Evans J, Graciano J, Park J B, Liu P, Hrbek J, Sanz J F 2009 J. Phys. Chem. C 113 7364

    [23]
    [24]

    Karunakaran C, Abiramasundari G, Gomathisankar P 2010 J. Colloid Interf. Sci. 352 68

    [25]

    Zhao X W, Xi H P, Liao Q W 2013 Acta Phys. -Chim. Sin. 29 2232

    [26]
    [27]
    [28]

    Li Z B, Wang X, Jia L C 2013 Acta Phys. Sin. 62 203103 [李宗宝, 王霞, 贾礼超 2013 物理学报 62 203103]

    [29]
    [30]

    Sakthivel R, Ntho T, Witcomb M, Scurrell M S 2009 Catal. Lett. 130 341

    [31]
    [32]

    Zhang X J, Zhang G F, Jin H X, Zhu L D, Liu Q J 2013 Acta Phys. Sin. 62 017102 [张学军, 张光富, 金辉霞, 朱良迪, 柳清菊 2013 物理学报 62 017102]

    [33]
    [34]

    Liu C, Tang X H, Mo C H, Qiang Z M 2008 J. Solid State Chem. 181 913

    [35]
    [36]

    Obata K, Irie H, Hashimoto K 2007 Chem. Phys. 339 124

    [37]

    Yang G D, Jiang Z, Shi H H, Jones M O, Xiao T C, Edwards P P, Yan Z F 2010 Appl. Catal. B 96 458

    [38]
    [39]

    Morikawa T, Irokawa Y, Ohwaki T 2006 Appl. Catal. A 314 123

    [40]
    [41]
    [42]

    Song K, Zhou J, Bao J, Feng Y 2008 J. Am. Ceram. Soc. 91 1369

    [43]

    Wang C, Hu Q Q, Huang J Q 2014 Appl. Surf. Sci. 292 161

    [44]
    [45]
    [46]

    Pham T D, Lee B K 2014 Appl. Surf. Sci. 296 15

    [47]

    Finazzi E, Valentin C D, Selloni A, Pacchioni G 2007 J. Phys. Chem. C 111 9275

    [48]
    [49]

    Lee J H, Hevia D F, Selloni A 2013 Phys. Rev. Lett. 110 5

    [50]
    [51]

    Perdew J P, Burke K M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [52]
    [53]
    [54]

    Dudarev S L, Botton G A, Savarsov S Y 1998 Phys. Rev. B 57 1505

    [55]

    Jia L C, Wu C C, Han S, Yao N, Li Y Y, Li Z Z, Chi B, Pu J, Li J 2011 J. Alloy. Compd. 509 6067

    [56]
    [57]

    Kresse G, Furthermuller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [58]
    [59]

    Monkhorst H J, Pack J D 1998 Phys. Rev. B 13 5188

    [60]
    [61]

    Zhao X W, Xi H P, Liao Q W 2013 Acta Phys.-Chim. Sin. 29 2232

    [62]
    [63]

    Liu Y M, Liang W, Zhang W G, Zhang J J, Han P D 2013 Solid State Commun. 164 27

  • [1] 罗强, 杨恒, 郭平, 赵建飞. N型甲烷水合物结构和电子性质的密度泛函理论计算. 物理学报, 2019, 68(16): 169101. doi: 10.7498/aps.68.20182230
    [2] 陈东运, 高明, 李拥华, 徐飞, 赵磊, 马忠权. MoO3/Si界面区钼掺杂非晶氧化硅层形成的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(10): 103101. doi: 10.7498/aps.68.20190067
    [3] 莫曼, 曾纪术, 何浩, 张喨, 杜龙, 方志杰. Be, Mg, Mn掺杂CuInO2形成能的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(10): 106102. doi: 10.7498/aps.68.20182255
    [4] 张陈俊, 王养丽, 陈朝康. InCn+(n=110)团簇的密度泛函理论研究. 物理学报, 2018, 67(11): 113101. doi: 10.7498/aps.67.20172662
    [5] 代广珍, 蒋先伟, 徐太龙, 刘琦, 陈军宁, 代月花. 密度泛函理论研究氧空位对HfO2晶格结构和电学特性影响. 物理学报, 2015, 64(3): 033101. doi: 10.7498/aps.64.033101
    [6] 杨振清, 白晓慧, 邵长金. (TiO2)12量子环及过渡金属化合物掺杂对其电子性质影响的密度泛函理论研究. 物理学报, 2015, 64(7): 077102. doi: 10.7498/aps.64.077102
    [7] 吕瑾, 杨丽君, 王艳芳, 马文瑾. Al2Sn(n=210)团簇结构特征和稳定性的密度泛函理论研究. 物理学报, 2014, 63(16): 163601. doi: 10.7498/aps.63.163601
    [8] 温俊青, 张建民, 姚攀, 周红, 王俊斐. PdnAl(n=18)二元团簇的密度泛函理论研究. 物理学报, 2014, 63(11): 113101. doi: 10.7498/aps.63.113101
    [9] 温俊青, 夏涛, 王俊斐. PtnAl (n=18)小团簇的密度泛函理论研究. 物理学报, 2014, 63(2): 023103. doi: 10.7498/aps.63.023103
    [10] 张凤春, 李春福, 张丛雷, 冉曾令. H2S, HS自由基以及S原子在Fe(111)表面吸附的密度泛函研究. 物理学报, 2014, 63(12): 127101. doi: 10.7498/aps.63.127101
    [11] 袁健美, 郝文平, 李顺辉, 毛宇亮. Ni(111)表面C原子吸附的密度泛函研究. 物理学报, 2012, 61(8): 087301. doi: 10.7498/aps.61.087301
    [12] 张蓓, 保安, 陈楚, 张军. ConCm(n=15; m=1,2)团簇的密度泛函理论研究. 物理学报, 2012, 61(15): 153601. doi: 10.7498/aps.61.153601
    [13] 解晓东, 郝玉英, 章日光, 王宝俊. Li掺杂8-羟基喹啉铝的密度泛函理论研究. 物理学报, 2012, 61(12): 127201. doi: 10.7498/aps.61.127201
    [14] 张致龙, 陈玉红, 任宝兴, 张材荣, 杜瑞, 王伟超. (HMgN3)n(n=15)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2011, 60(12): 123601. doi: 10.7498/aps.60.123601
    [15] 李喜波, 王红艳, 罗江山, 吴卫东, 唐永建. 密度泛函理论研究ScnO(n=1—9)团簇的结构、稳定性与电子性质. 物理学报, 2009, 58(9): 6134-6140. doi: 10.7498/aps.58.6134
    [16] 蒙大桥, 罗文华, 李赣, 陈虎翅. Pu(100)表面吸附CO2的密度泛函研究. 物理学报, 2009, 58(12): 8224-8229. doi: 10.7498/aps.58.8224
    [17] 林峰, 郑法伟, 欧阳方平. H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究. 物理学报, 2009, 58(13): 193-S198. doi: 10.7498/aps.58.193
    [18] 陈玉红, 康 龙, 张材荣, 罗永春, 马 军. [Mg(NH2)2]n(n=1—5)团簇的密度泛函理论研究. 物理学报, 2008, 57(8): 4866-4874. doi: 10.7498/aps.57.4866
    [19] 陈玉红, 张材荣, 马 军. MgmBn(m=1,2;n=1—4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2006, 55(1): 171-178. doi: 10.7498/aps.55.171
    [20] 曾振华, 邓辉球, 李微雪, 胡望宇. O在Au(111)表面吸附的密度泛函理论研究. 物理学报, 2006, 55(6): 3157-3164. doi: 10.7498/aps.55.3157
计量
  • 文章访问数:  6610
  • PDF下载量:  575
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-03-13
  • 修回日期:  2014-04-14
  • 刊出日期:  2014-08-05

/

返回文章
返回