郑永杰
,
胡义
,
荆涛
,
田景芝
材料科学与工程学报
doi:10.14136/j.cnki.issn 1673-2812.2015.06.003
本文基于密度泛函理论(DFT)的GGA+U方法,应用Materials Studio 5.0软件包中的CASTEP程序模拟计算了Al掺杂锐钛矿型TiO2和N-Al共掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构.计算结果表明:Al掺杂和N-Al共掺杂均能够降低TiO2的带隙值.Al掺杂是由于Al的3s和3p态使导带底端下移而导致TiO2的带隙变窄;而N-Al共掺杂由于在体系中引入了N2p态,使导带底端向能量更低的方向移动,比Al单独掺杂时具有更低的带隙值.该研究结果很好地解释了Al掺杂以及N-Al共掺杂诱使TiO2的导带底端下移,禁带宽度减小,导致光谱响应范围红移的内在原因.
关键词:
锐钛矿型TiO2
,
N-Al共掺杂
,
GGA+U
田景芝
,
张苹
,
荆涛
,
邓启刚
,
阚伟
材料科学与工程学报
运用第一性原理超软赝势方法计算了不同Al掺杂浓度对TiO2能带结构、分波态密度、光吸收谱图的影响.计算结果表明:Al原子进入TiO2晶格后,晶胞体积减小;随着掺杂浓度的增大,禁带宽度减小,吸收带边红移越来越明显;不同掺杂浓度下,虽然Al的3s和3p轨道对导带和价带贡献较小,但对TiO2可见光吸收能力大有改善;在波长为100～280nm处,Al掺杂TiO2的紫外光吸收能力有所降低,波长为450～1000nm时,TiO2的可见光吸收能力明显增强.对比四种不同掺杂浓度下TiO2的光催化活性,发现浓度为9％左右时催化效果更好一些.
关键词:
TiO2
,
Al掺杂浓度
,
电子结构
,
第一性原理
