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Co-Cr共掺杂金红石型TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究
引用本文:杨志怀,张云鹏,康翠萍,张蓉,张美光.Co-Cr共掺杂金红石型TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究[J].光子学报,2014,43(8):816002.
作者姓名:杨志怀  张云鹏  康翠萍  张蓉  张美光
作者单位:杨志怀:西安理工大学 材料学院, 西安 710048宝鸡文理学院 物理与信息技术系, 陕西 宝鸡 721016
张云鹏:西安理工大学 材料学院, 西安 710048
康翠萍:宝鸡文理学院 物理与信息技术系, 陕西 宝鸡 721016
张蓉:西北工业大学 理学院, 西安 710072
张美光:宝鸡文理学院 物理与信息技术系, 陕西 宝鸡 721016
基金项目:陕西省自然基金(No.2012JQ1011)、陕西省教育厅项目(No.12JK0983)和宝鸡文理学院重点项目(Nos.YK1027, ZK12047)资助
摘    要:基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法计算了Co、Cr单掺杂以及Co-Cr共掺杂金红石型TiO2的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明:纯金红石的禁带宽度为3.0eV,Co掺杂金红石型TiO2的带隙为1.21eV,导带顶和价带底都位于G点处,仍为直接带隙,在价带与导带之间出现了由Co 3d和Ti 3d轨道杂化形成的杂质能级;Cr掺杂金红石型TiO2的直接带隙为0.85eV,在价带与导带之间的杂质能级由Cr 3d和Ti 3d轨道杂化轨道构成,导带和价带都向低能级方向移动;Co-Cr共掺杂,由于电子的强烈杂化,使O-2p态和Ti-3d态向Co-3d和Cr-3d态移动,使价带顶能级向高能级移动而导带底能级向低能方向移动,极大地减小了禁带的宽度,也是共掺杂改性的离子选择依据.掺杂金红石型TiO2的介电峰、折射率和吸收系数峰都向低能方向移动;在E2.029eV的范围内,纯金红石的ε2、k和吸收系数为零,掺杂后的跃迁强度都大于未掺杂时的跃迁强度,Co-Cr共掺杂的跃迁强度大于Co掺杂及Cr掺杂,说明Co、Cr共掺杂更能增强电子在低能端的光学跃迁,具有更佳的可见光催化性能.

关 键 词:第一性原理  电子结构  光学性质  金红石型TiO  Co-Cr共掺杂
收稿时间:2013/12/23

The First-Principles Study of Electronic and Optical Properties of Co-Cr Co-doped Rutile TiO2
Abstract:
Keywords:First principle  Electronic structures  Optical properties  Rutile TiO2  Co-Cr Co-doped
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