N/Cu共掺杂锐钛矿型TiO2第一性原理研究

杨军; 苗仁德; 章曦

doi:10.7498/aps.64.047101

摘要

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法, 采用局域自旋密度近似加Hubbard U值方法研究了纯锐钛矿型TiO2, N, Cu单掺杂TiO2及N/Cu共掺杂TiO2 的晶体结构、电子结构和光学性质. 研究结果表明, 掺杂后晶格发生相应畸变, 晶格常数变大. N 和Cu的掺杂在TiO2禁带中引入杂质能级, 禁带宽度发生相应改变. 对于N掺杂TiO2禁带宽度减小较弱, 而Cu掺杂和N/Cu共掺TiO2禁带宽度显著降低, 导致吸收光谱明显红移, 光学催化性增强, 有利于实际应用.

关键词:

Abstract

Using the first-principles plane-wave ultra-soft pseudo-potential method based on the density functional theory, the structures, electronic-structures and optical properties of pure anatase TiO2, N (Cu) doped TiO2, and N/Cu co-doped TiO2 crystal are studied by the local-spin density approximation plus Hubbard U method. It is shown that the lattice constants become larger because of the lattice distortion caused by doping. Impurity levels in the band gap of TiO2 are introduced by N and Cu doping, and the forbidden band width is correspondingly changed. For N doped TiO2, the reduction of the band gap is weak, while the N/Cu co-doped TiO2 band gap decreases remarkably. It leads to a red shift of visible absorption spectrum and enhances optical catalysis. The effect is useful for the practical application of photo-catalytic.

Keywords:

作者及机构信息

1.
解放军理工大学理学院, 南京 211101

基金项目: 总参谋部信息化部通信指挥装备军内科研基金(批准号: KYLYZXJK140002)和解放军理工大学预研基金(批准号: 20110502)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of Sciences, PLA University of Science and Technology, Nanjing 211101, China

Funds: Project supported by the Military Research of Command and Communication Equipment, the Ministry of Information of General Staff Department, China (Grant No. KYLYZXJK140002) and the Pre-Research Foundation of PLA University of Science and Technology, China (Grant No. 20110502).

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施引文献

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