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相似文献
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1.
杨军  苗仁德  章曦 《物理学报》2015,64(4):47101-047101
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   

2.
N掺杂锐钛矿TiO2电子结构的第一性原理研究   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
徐凌  唐超群  戴磊  唐代海  马新国 《物理学报》2007,56(2):1048-1053
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.
刘芳  姜振益 《物理学报》2013,62(19):193103-193103
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   

4.
张学军  柳清菊  邓曙光  陈娟  高攀 《物理学报》2011,60(8):87103-087103
采用第一性原理平面波超软赝势方法,系统研究了Mn,N共掺杂对锐钛矿相TiO2的晶体结构、缺陷形成能、电子结构、光学性质以及氧化还原能力的影响.研究表明:Mn,N共掺杂锐钛矿相TiO2后,TiO2晶格发生了畸变,导致晶体八面体偶极矩增加,有利于光生电子-空穴对的有效分离;在TiO2带隙中出现了杂质能级,使锐钛矿相TiO2的光学吸收带边红移,可见光区的吸收系数明显增大,有利于光催化效率的提高;在不考虑 关键词: 2')" href="#">锐钛矿相TiO2 第一性原理 Mn和N共掺杂 光催化性能  相似文献   

5.
谢知  程文旦 《物理学报》2014,63(24):243102-243102
运用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了小尺寸锐钛矿相(n,0)型TiO2纳米管(D<16 Å)的几何构型、电子结构和光学性质. 结果表明: 随着管径增大, 体系单位TiO2分子的形成能降低, 体系趋于稳定; 在管径14 Å左右, (n,0)型TiO2纳米管会发生一次构型的转变. 能带分析显示, TiO2纳米管的电子态比较局域化, 小管径下(D<14 Å)其导电性更好; 随着构型的转变, TiO2纳米管由直接带隙转变为间接带隙, 并且带隙值随着管径的增大而增大, 这是由于π轨道重叠效应的影响大于量子限域效应所导致的结果. 两种效应的竞争, 使得TiO2纳米管的介电函数虚部ε2 (ω)谱的峰值位置随管径增大既可能红移也可能蓝移, 管径大于9 Å (即(8, 0)管)之后, TiO2纳米管的光吸收会出现明显的增强. 关键词: 2纳米管')" href="#">TiO2纳米管 第一性原理 电子结构 光学性质  相似文献   

6.
李宗宝  王霞  贾礼超 《物理学报》2013,62(20):203103-203103
基于周期性密度泛函理论研究了N/Fe共掺杂对锐钛矿TiO2(101)面的修饰作用. 计算了铁替位单掺杂TiO2(101)面及晶体内部后, 晶体结构变化及形成能. 通过形成能的比较发现, Fe从晶体表面向体内迁移时受到势垒阻碍作用. 同时, 对不同位置表面N/Fe近邻共掺杂晶体形成能的比较, 得出了表面共掺杂的最稳定结构. 通过对电子结构及态密度的分析发现: 表面共掺杂态中, N/Fe共掺杂可改变TiO2(101)面的电子结构, 并使TiO2由半导体性向半金属性转变. 关键词: 2(101)面')" href="#">锐钛矿TiO2(101)面 N/Fe共掺杂 第一性原理 半金属性  相似文献   

7.
利用第一性原理计算了立方相萤石TiO2的晶胞参数,能带结构和电子态密度.结果显示萤石TiO2属于间接带隙半导体材料,其间接禁带宽度(ΓX)Eg为2.07eV,比常见的金红石和锐钛矿TiO2的禁带宽度窄.为了更清楚地了解萤石的光学性质,利用Kramers-Kronig色散关系,分别对萤石和金红石TiO2的复介电常数、吸收率等参数进行了计算,并将二者结果做了 关键词: 2')" href="#">萤石结构TiO2 密度泛函理论 能带结构 光学性质  相似文献   

8.
程亮  甘章华  刘威  赵兴中 《物理学报》2012,61(23):433-438
二氧化钛(TiO2)作为一种性能优良的光催化剂已经受到越来越多的关注.本研究采用密度泛函理论的第一性原理和广义梯度近似+U方法,对锐钛矿结构TiO2晶体三种可能的(Nb,N)共掺杂TiO2的几何结构、形成能、能带结构、电子密度和光吸收系数进行了研究,并与单掺杂(Nb/N)体系进行了对比.对掺杂后体系的几何结构进行的计算表明杂质原子掺入后晶格发生了不同程度的畸变.此外,(Nb,N)共掺杂体系与纯TiO2相比,其禁带宽度和吸收边较小.同时,与N掺杂TiO2相比,N的2p态在共掺杂情形下变为完全占据,从而减少了电子空穴对的复合.而且共掺杂体系的形成能比N单掺杂体系低,因而更加稳定.因此,(Nb,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   

9.
章瑞铄  刘涌  滕繁  宋晨路  韩高荣 《物理学报》2012,61(1):17101-017101
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了锐钛矿相和金红石相TiO2:Nb的晶体结构、电子结构和光学性质. 结果表明, 在相等的摩尔掺杂浓度下(6.25%), 锐钛矿相TiO2:Nb的导带底电子有效质量小于金红石相TiO2:Nb, 且前者室温载流子浓度是后者的两倍左右, 即具有更大的施主杂质电离率, 从而解释了锐钛矿相TiO2:Nb比金红石相TiO2:Nb具有更优异电学性能的实验现象. 光学计算也表明锐钛矿相在可见光区有更大的透过率, 从而在理论上解释了锐钛矿相TiO2:Nb比金红石相TiO2:Nb更适于做透明导电材料的原因. 计算结果与实验数据能较好符合. 关键词: 2:Nb')" href="#">TiO2:Nb 第一性原理 电子结构 光学性能  相似文献   

10.
徐金荣  王影  朱兴凤  李平  张莉 《物理学报》2012,61(20):410-415
采用基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法和广义梯度近似加Hubbard参数的似近,研究了锐钛矿相TiO2,N掺杂TiO2和N-V共掺杂TiO2体系的基态原子构型、电子结构.结果表明,N掺杂后,其晶胞体积比末掺杂时要略微增大,基态构型并未发生明显变化,而N-V共掺杂时,对称性被破坏,V原子向N原子附近靠近.计算得到的锐钛矿相TiO2带隙Egap为3.256 eV,与实验值3.23 eV非常接近.N掺杂TiO2带隙降低了0.4 eV,而N-V共掺杂带隙降低至2.555 eV.此外,N-V共掺杂会在价带顶和导带底之间形成受主和施主能级,这种能级对光生电子-空穴对的分离是非常有利的,降低了再次复合的概率.因此,N-V共掺杂TiO2可以有效地提升TiO2作为光催化剂的催化能力.  相似文献   

11.
The concentration-dependent electronic structures and optical properties of B-doped anatase TiO2 have been calculated using the density functional theory. The calculated results indicate that the electronic structures of B-doped TiO2 have changed compared with those of pure TiO2, which is mainly due to the new midgap states induced by B doping. As to the optical properties, we calculate the imaginary part of dielectric function ε2(ω) and optical absorption spectra of pure and B-doped TiO2. Two transitions E1 and E2 emerged after B doping. The intensity of absorption is enhanced by B doping both in the UV and visible regions. According to the results of imaginary part of dielectric function ε2(ω) and DOS, it can be concluded that the two optical transitions correspond to the transitions from the O 2p states in the top of valence band to the midgap states and from the midgap states to the Ti 3d states in the bottom of conduction band, respectively. These results have important implications for the further development of photocatalytic materials.  相似文献   

12.
Multilayered TiO2(Fe3+, PEG) films were deposited on glass and SiO2/glass substrates by sol-gel dipping method. The influence of Fe3+ and PEG(polyethylene glycol) concentrations, the number of layers, the thermal treatment time and the temperature on the optical and microstructural properties of the TiO2 films were studied.As-deposited TiO2(Fe3+, PEG) films were very porous, but after the thermal treatment at 500 °C, the PEG decomposed and burned out to porosity decreasing. Homogeneous nanostructured films were obtained, where the amorphous and the anatase phases coexist. XRD analysis showed that no rutile phase is observed in the films deposited on SiO2/glass as compared with those deposited directly on glass and that the presence of the anatase phase in the films without PEG is more evident in the three-layers film. The XRD intensity of the main peak of anatase from 25° decreases with the increase of PEG concentration.The optical gap of the TiO2(Fe3+, PEG) films is found in 2.52-2.56 eV range and does not essentially depend on the PEG content.  相似文献   

13.
通过高分辨的扫描隧道显微术研究并比较了金红石型TiO2(110)-(1×1)和锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)两种表面的活性位点. 在金红石型TiO2(110)-(1×1)表面, 观察到氧空位缺陷是O2和CO2分子的活性吸附位点,而五配位的Ti原子是水分子和甲醇分子的光催化反应活性位点.在锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)表面,观察到完全氧化的表面,Ti原子更可能是六配位的,H2O和O2分子均不易在这些Ti原子上吸附.经还原后表面出现富Ti的缺陷位点, 这些缺陷位点对H2O和O2分子表现出明显的活性. 锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)表面的吸附和反应活性并不具有很高的活性,某种程度上其表现出的活性似乎低于金红石型TiO2(110)-(1×1)表面.  相似文献   

14.
本文利用程序升温脱附技术(TPD)研究了乙醛吸附在锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)表面的化学性质. 实验结果表明完整晶格位点对乙醛反应表现极为惰性,而表面上的还原型缺陷位点在热驱动下可有效地使乙醛分子通过碳-碳偶联反应生成2-丁酮和丁烯. 提出了乙醛在锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)表面偶联反应主要是通过表面还原型缺陷位吸附成对的乙醛分子,因为表面已有的钛原子对还原型缺陷为乙醛分子提供了合适的吸附位点.  相似文献   

15.
T. Kawai  Y. Kishimoto  K. Kifune 《哲学杂志》2013,93(33):4088-4097
Photoluminescence and excitation spectra have been investigated for undoped and nitrogen-doped TiO2 powders at low temperatures. A broad luminescence band peaking at 2.25?eV is observed in the undoped TiO2 powders. The 2.25?eV luminescence band exhibits a sharp rise from 3.34?eV in the excitation spectrum reflecting the fundamental absorption edge of anatase TiO2. On the other hand, the N-doped TiO2 powders obtained by annealing with urea at 350 and 500°C exhibit broad luminescence bands around 2.89 and 2.63?eV, respectively. The excitation spectra for these luminescence bands rise from the lower energy side of the fundamental absorption edge of anatase TiO2. The origin of the luminescence bands and N-related energy levels formed in the band-gap of TiO2 are discussed.  相似文献   

16.
The compounds NxTiO2(x=0, 0.05, 0.1, 0.2) with the anatase structure have been synthesized by Sol–Gel method using Tri-ethyl Amine as nitrogen source and their optical, electrical and electrochemical properties are investigated. The electrical conductivity and thermoelectric power are measured in the temperature rang 300–600 K. The samples exhibit p-type behavior in contrast to TiO2. The doped-samples exhibit two optical transitions (2.35≤Eh−Vis(eV)≤2.55; 1.97≤El−Vis (eV)≤2.06) directly allowed in the visible region, while only one transition is observed in UV region (EUV∼3.00 eV). Pure TiO2 shows direct band gap transition of 3.17 eV. The results confirm experimentally the calculations of Di. Valentin et al. [42]. The transitions Eh−Vis and El−Vis are attributed respectively to the promotion of electrons from the localized N 2p and π? N–O bond to the conduction band. In all cases, EUV is associated to the forbidden band energy. Though that the conductivity is generally improved by doping process, only N0.05TiO2 and N0.1TiO2 shows an enhanced mobility. The mechanism of conduction takes place by small polaron hopping. The band edge positions of NxTiO2 (x=0, 0.05, 0.1, 0.2) at room temperature is predicted from the obtained physical properties. This study proves experimentally the principal role of nitrogen in doping process and permits the electronic states localization associated with N-impurities in TiO2 anatase.  相似文献   

17.
In this paper, macropores TiO2 layer was fabricated on titanium substrates based on plasma based ion implantation (PBII). In order to increase the photodegradation efficiency of fabricated TiO2 layer, two approaches are used: (1) preparation of macropores on TiO2 layer to increase the total photodegradation area and (2) nitrogen doping (N-doping) to increase light absorption efficiency. The fabrication process of the N-doped macropores TiO2 layer comprises four steps: firstly, helium plasma based ion implantation (He-PBII) is employed to generate He bubbles in substrate; secondly, oxygen plasma based ion implantation (O-PBII) and a followed annealing in air are executed to obtain rutile and anatase mixture TiO2 phases; thirdly, He bubbles are exposed to the surface via an Ar ion sputter process; lastly, the samples are doped by nitrogen PBII (N-PBII). The photodegradation of Rhodamine B solution under Xe lamp indicates that the TiO2 layer with surface macropores and N-doping has higher light photocatalysis efficiency.  相似文献   

18.
采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO2(101)面的表面能和表面原子弛豫结构.首先对TiO2(101)面的6种不同的表面原子终止结构的体系总能量进行了计算,结果表明终止原子为两配位的O原子、次层为五配位的Ti原子的表面结构最为稳定.针对该表面研究了表面能和原子弛豫与模型中原子层数和真空厚度的关系,当原子层数为12层,真空厚度为0.4nm时,表面能收敛度小于0.01J/m2.研究发现:表面上两配位的O原子向里移动约0.0012nm,五配 关键词: 第一性原理 2')" href="#">TiO2 表面结构 弛豫  相似文献   

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