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1.
采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了Magnéli相亚氧化钛Ti8O15的电子结构和光学性能. 计算出的能带结构显示Ti8O15相比锐钛型TiO2禁带宽度大幅度降低. 态密度分析表明, 其原因在于Ti8O15的O原子的2p轨道以及Ti原子的3p, 3d轨道相对于TiO2的相应轨道向左产生了偏移, 同时由于O原子的缺失使得Ti原子的3d, 3p轨道多余电子在Fermi能级附近聚集形成新的电子能级. 态密度分析结果还显示, 相对于TiO2, Ti8O15 Fermi能级附近电子格局发生了如下变化: O原子的2p轨道电子贡献减少, Ti原子的3d轨道的电子对Fermi能级贡献增大. 光吸收计算图谱表明, TiO2仅在紫外光区有较高的光吸收能力, 而Ti8O15由于禁带宽度变窄引起光吸收范围红移到可见光区, 从而在紫外光区和可见光区都有较高的光吸收能力, 计算结果与实验得到的紫外-可见漫反射吸收光谱结果一致.
关键词:
第一性原理
8O15')" href="#">Magnéli相亚氧化钛Ti8O15
电子结构
光学性能 相似文献
2.
为了研究N掺杂对锐钛矿型TiO2电子结构的影响,进而揭示N掺杂导致锐钛矿型TiO2的禁带宽度变小的机理,对N掺杂TiO2进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究. 通过对能带、态密度及电子分布密度图的分析,发现在N掺杂后,N原子与Ti原子在导带区,发生了强烈的相互关联作用,致使Ti原子3d轨道上的电子向N原子2p轨道发生移动,使得导带降低了,从而使得TiO2导带的禁带宽度变小.理论预测可以发生红移现象,与实验结果对比分析,理论与实验基本相符.
关键词:
N掺杂
2')" href="#">锐钛矿型TiO2
电子结构 相似文献
3.
运用第一性原理的局域密度近似+U(0 ≤U≤9 eV)方法研究了本征金红石相TiO2在不同U值(对Ti-3d电子)下的禁带宽度、晶体结构以及不同比例C元素掺杂的金红石相TiO2的电子结构和光学性质, 研究表明, TiO2的禁带宽度和晶格常数随着U值的增加而增大. 综合考虑取U=3 eV并对其计算结果进行修正. 对于掺杂体系, 发现C 元素的掺杂在金红石相TiO2中引入杂质能级, 杂质能级主要由O-2p轨道和C-2p轨道耦合形成, 杂质能级的引入可以增加TiO2对可见光的响应, 从而使TiO2的吸收范围增大. C原子掺杂最佳比例为8.3%, 此时光学吸收边的红移程度最明显, 可增大光吸收效率, 从而提高了TiO2光催化效率. 相似文献
4.
利用基于密度泛函理论的第一性原理对不同P掺杂形式(P替位Ti, P替位O, 间隙P)的锐钛矿相TiO2的晶格常数、电荷布居、能带结构、分态密度和吸收光谱进行了计算. 结果表明, P替位Ti时, TiO2体积减小, P替位O和间隙P的存在使TiO2的体积膨胀; 替位Ti的P和间隙P均有不同程度的氧化, 而替位O的P带有负电荷. 三种P掺杂形式均导致锐钛矿相TiO2禁带宽度的增大, 并在TiO2禁带之内引入了掺杂局域能级. P掺杂导致TiO2禁带宽度增大的程度依次为: 间隙P>P替位Ti>P替位O. 吸收光谱的计算结果表明, P替位Ti并不能增强TiO2的可见光吸收能力, 但间隙P的存在大幅提高了TiO2的可见光光吸收能力, 间隙P有可能是造成实验上P掺杂增强锐钛矿相TiO2光催化活性的重要原因.
关键词:
P掺杂
2')" href="#">锐钛矿相TiO2
第一性原理 相似文献
5.
采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了掺杂不同价态S的锐钛矿相TiO2的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明硫在掺杂体系中的存在形态与实验中的制备条件有关;掺杂后晶格发生畸变、原子间的键长及原子的电荷量也发生了变化,导致晶体中的八面体偶极矩增大; S 3p态与O 2p态、Ti 3d态杂化而使导带位置下移、价带位置上移及价带宽化,从而导致TiO2的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些结果很好地解释了S掺杂锐钛矿相TiO2在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.根据计算结果分析比较了硫以不同离子价态掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构和光催化性能影响的差别.
关键词:
2')" href="#">锐钛矿相TiO2
S掺杂
第一性原理
光催化性能 相似文献
6.
利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了I掺杂金红石TiO2(110)表面的形成能和电子结构,分析了不同掺杂位置的结构对TiO2光催化性能的影响. 计算表明,氧化环境下I最容易替代掺杂表面五配位的Ti,而还原环境下最容易替代掺杂表面的桥位氧. I替位Ti或I替位O都能降低禁带宽度,可能使TiO2吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,其中I替位桥位氧的禁带宽度最小. 吸收光谱表明,I掺杂不仅能提高TiO2可见光响应,同时可增加紫外光的吸收能量,提高其可见光及紫外光下的光催化性能.
关键词:
第一性原理
I掺杂
2(110)')" href="#">金红石相TiO2(110)
光催化 相似文献
7.
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构的影响.体系生成能的计算结果表明,4种TiO2/NiTi界面结构中,NiTi中Ti原子和TiO2中O原子相邻的界面,即Ti/O界面的生成能最大,结构最稳定.在Ti/O界面结构优化的基础上,态密度、电荷分布以及集居数的计算结果均表明:Nb原子取代界面上的Ti原子后,界面原子之间的结合力增强,且界面附近的基体和氧化层中原子之间的相互作用也增加,有利
关键词:
NiTi金属间化合物
2/NiTi界面')" href="#">TiO2/NiTi界面
电子结构
第一性原理计算 相似文献
8.
在250℃的低温下,以三甲基镓、四(二甲氨基)钛为前躯体源,O3为反应气体,采用热原子层沉积制备了Ti掺杂Ga2O3(TGO)薄膜。Ga2O3和TiO2的生长速率分别为0.037 nm/cycle和0.08 nm/cycle,TGO薄膜厚度低于理论计算值。X射线光电子能谱仪测试结果表明膜中Ti浓度随Ga2O3/TiO2循环比减少而增加,O 1s、Ga 2p和Ti 2p的峰位置向较低的结合能移动,这是因为Ti原子取代了Ga原子的某些位点引起了结合能降低,表明Ti元素成功掺杂到Ga2O3薄膜中。TiO2和Ga2O3的芯能级光谱分析表明薄膜中存有Ti4+和Ga3+离子。TGO薄膜的O 1s芯能级光谱中Ga-O键随着Ti-O键含量增加而下降,表明T... 相似文献
9.
基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法, 运用Vasp方法计算了Eu, N掺杂及Eu/N共掺杂锐钛矿TiO2的结构, 并分析了其电子及光学性质. 通过计算发现有一些Eu的4f态电子在Eu掺杂锐钛矿TiO2的体系的费米能级附近出现杂质能级, 并且N掺杂会使得锐钛矿TiO2的禁带宽度减小. 对于共掺杂体系而言, Eu/N共掺杂的协同效应能导致锐钛矿TiO2的晶格畸变及禁带宽度减小. 与此同时, 计算得到的光吸收谱表明Eu/N混合掺杂锐钛矿TiO2展现出了明显的光谱吸收边缘红移. 这些计算结果表明Eu/N共掺杂锐钛矿TiO2具有优良的光催化活性.
关键词:
2')" href="#">TiO2
共掺杂
可见光催化剂
密度泛函理论 相似文献
10.
11.
在SiO2玻璃衬底上用脉冲激光沉积(PLD)技术,分别沉积Ti和Ti/Al膜,经电化学阳极氧化成功制备了多孔TiO2/SiO2和TiO2/Al/SiO2纳米复合结构. 其中TiO2薄膜上的微孔阵列高度有序,分布均匀. 实验研究了Al过渡层对多孔TiO2薄膜光吸收特性的影响. 结果表明:无Al过渡层的多孔TiO2薄膜其紫外吸收峰在27
关键词:
2薄膜')" href="#">多孔TiO2薄膜
阳极氧化
紫外光吸收 相似文献
12.
运用第一性原理,对C掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构进行了研究,从能带结构理论解释了C掺杂TiO2吸收光谱的一些实验现象.发现在C掺杂后的锐钛矿相TiO2的禁带宽度增大,并且在带隙中出现了杂质能级,这些杂质能级主要是由C 2p轨道上的电子构成的,它们之间是独立的,正是这些独立的杂质能级使TiO2掺杂后可以发生可见光响应.价带上的电子可以吸收一定能量的光子跃迁到杂质能级,而杂质能级上的电子也可以吸收一定能量的光子跃迁到导带,所以从理论上可以计算出掺杂后的TiO2在可见光范围内存在两个吸收边,与实验中所得到的现象相一致.
关键词:
C掺杂
2')" href="#">锐钛矿TiO2
能带结构
吸收光谱 相似文献
13.
基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA),利用第一性原理方法研究了BaHf0.5Ti0.5O3的电子结构和光学性质.计算结果表明,BaHf0.5Ti0.5O3是一种间接带隙半导体材料,其导带底主要由Ba、Hf和Ti的d态电子构成,价带顶则主要由O的p态、Hf和Ti的d态电子构成;理论计算的介电函数最高峰的峰位与实验结果吻合较好,相对误差小于4%;吸收系数最大峰值为2.43×105cm-1,且吸收主要集中在低能区,静态折射率为2.01,能量损失峰出现在13.24 eV处.研究结果为BaHf0.5Ti0.5O3光电材料设计与应用提供了理论依据. 相似文献
14.
在密度泛函理论的基础上,采用平面波赝势方法计算了立方相BaTiO3(001)表面的电子结构.结构优化表明最表层原子都向体内弛豫,且金属原子弛豫幅度最大,同时各层层间距变化呈交错分布.对两种表面结构的总能计算发现TiO2表面稳定性比BaO表面弱,一方面是由于TiO2表面结构中存在O-2p表面态,使价带和导带中电子态向高能区域偏移.另一方面,TO2表面附近Ti—O共价键存在强弱差异,有利于发生表面吸附.而在BaO表面结构中,最表层BaO的存在消除了这种差异,因而其表面稳定性较强.
关键词:
第一性原理
钛酸钡
电子结构
表面能 相似文献
15.
采用基于密度泛函理论和局域密度近似的第一性原理分析了Mn掺杂LiNbO3晶体的结构, 磁性, 电子特性和光吸收特性. 文中计算了Mn占据Li位和Nb位体系的形成焓, 对应的形成焓分别为-8.340 eV/atom和-8.0062 eV/atom, 也就意味着Mn 原子优先占据Li位. 这也就意味着Mn原子占据Li位的掺杂LiNbO3晶体结构更稳定. 磁性分析的结果显示, 其对应磁矩也比占据Nb位的高. 进一步分析磁性的来源, 自旋态密度结果显示: Mn掺杂LiNbO3晶体的磁性主要源于掺杂原子Mn, Mn原子携带的磁矩高达 4.3 μB, 显示出高自旋结构. 由于Mn-3d与近邻O-2p及次近邻Nb-4d 轨道的杂化作用, 计算表明: 诱导近邻O原子及次近邻Nb原子产生的磁矩对总磁矩的贡献较小. 通过光学吸收谱的分析, 得出在可见光区Li位被Mn原子替代以后显示出更好的光吸收响应相比于Nb位. 本文还分析了O空位对于LiNbO3晶体磁性与电子性质的影响, 结果显示O空位的存在可以增加Mn掺杂LiNbO3体系的磁性. 相似文献
16.
17.
对α-Al2O3(0001)晶体表层三种不同终止原子结构的计算模型, 在三维周期边界条件下 的κ空间中,采用超软赝势平面波函数描述多电子体系.应用基于密度泛函理论的局域密度 近似,计算了不同表层结构的体系能量,表明最表层终止原子为单层Al的表面结构最稳定. 对由10个原子组成的菱形原胞进行了结构优化,得到晶胞参数值(a0=0.48178n m)与实验 报道值误差小于1.3%.进一步计算了超晶胞(2×2)表面弛豫,弛豫后原第2层O原子层成为最 表层; 对不同表层O,Al原子最外层电子进行了布居分析,表面电子有更大的概率被定域在 O原子的周围,表面明显地表现出O原子的电子表面态.
关键词:
2O3(0001)')" href="#">α-Al2O3(0001)
超软赝势
表面结构
表面态 相似文献
18.
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. 相似文献
19.
为了研究TiO2禁带宽度和光吸收系数对其光催化性能的影响,使用Materials Studio的Dmol3和CASTEP模块分别对Ag+、Fe3+、Pt4+、La3+ 4种金属离子掺杂TiO2的能带结构和光学性质进行分析。分子模拟表明:金属离子掺杂使TiO2的禁带宽度变窄、吸收波长红移,相同光照条件下光吸收系数增加,影响了TiO2的光催化性能。光催化反应实验表明:在254 nm照射条件下,TiO2的禁带宽度为1.09 eV时光催化性能最好,TiO2的光吸收系数越大,光催化性能越好。 相似文献
20.
二氧化钛(TiO2)作为一种性能优良的光催化剂已经被广泛地研究和使用.本研究中利用了第一性原理和GGA+U方法,对锐钛矿结构TiO2晶体三种可能的(Co,N)共掺杂体系的几何结构、形成能、电子结构和光吸收系数进行了研究,并与单掺杂(Co/N)体系进行了对比.结果表明,在三种共掺杂TiO2中,Co与N相邻时晶格畸变最小,但掺杂原子周围晶格畸变较大;同时,较低的形成能表明此种共掺杂结构最容易形成;此外,因为C0与N成键,其杂质能级的数目与能量较其他共掺杂结构有较大差异.(Co,N)共掺杂体系与未掺杂TiO2的相比,其禁带宽度较小,禁带中存在杂质能级,因此其吸收边红移,在可见光波段有较好的光吸收能力.故(Co,N)共掺杂可以很好地提升锐钛矿型TiO2在可见光波段的光催化性能. 相似文献