萤石结构TiO2的电子结构和光学性质

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(Γ→X)E_g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     

萤石结构TiO2的电子结构和光学性质

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(Γ→X)Eg为2.07 eV,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,并将二者结果做了比较.其中萤石TiO2的静介电常数为8.31.金红石TiO2的静介电常数表现为各向异性ε1xy(0)=6.01和ε1z(0)=7.07,该计算结果与实验值一致.吸收光谱的对比结果显示萤石结构在51nm和153 nm处增加了新的吸收峰,并且吸收光谱范围已扩大到了可见光区.     

Al掺杂SnO2 材料电子结构和光学性质

采用基于第一性原理的线性缀加平面波方法(FP-LAPW),研究Al掺杂SnO₂材料Sn_1-xAl_xO₂ (x= 0,0.0625,0.125,0.1875,0.25)的电子结 构和光学性质,包括能带结构、电子态密度、介电函数和其他一些光学性质.计算结果表明,掺杂Al之后价带上部分折叠态增加,价带宽度发生收缩,对导带底起作用的Sn 5s态减少,使得带隙增宽,且态密度整体向高能方向发生移动.随着Al掺杂量的增加带隙越来越宽,Al杂质能级在导带部分与Sn 5p态电子相互作用逐渐增强,虚部谱中的第一介电峰的强度随掺杂Al浓度增大而减弱.同时,吸收谱及其他光学谱线与介电函数虚部谱线相对应,各谱线均发生蓝移现象,对应带隙增宽,从理论上指出了光学性质与电子结构之间的内在关系. 关键词： 能带结构 态密度 光学性质 介电函数     

半导体材料AAl2C4(A=Zn, Cd, Hg; C=S, Se)的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 对具有缺陷型黄铜矿结构的半导体材料A^ⅡAl₂C₄^Ⅵ(A=Zn, Cd, Hg; C =S, Se)的构型和电子结构进行研究, 并系统考察了各晶体的光学性质. 对于线性光学性质, 五种晶体在红外区和部分可见光区具有良好的透光性能, 其中HgAl₂S₄和HgAl₂Se₄晶体具有适中的双折射率. 在非线性光学性质方面, 该类晶体倍频效应较强, 理论预测得到的二阶静态倍频系数均较大(>20 pm/V). 体系的倍频效应主要来源于价带顶附近以S/Se 价p轨道为主要成分的能带向含有较多Al/Hg 价p成分的空带之间的跃迁. 通过与已商业化的AgGaC₂晶体光学性质的对比, 结果表明HgAl₂S₄和HgAl₂Se₄是一类性能优良的红外非线性光学晶体材料.     

第一性原理研究Eu/N共掺杂锐钛矿TiO2光催化剂的电子和光学性质

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     

β-PTCDA的电子结构和光学性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法研究了β-PTCDA分子晶体的能带结构、分波态密度和光学性质,通过分析不同种类原子的不同电子态在不同电子能级中的贡献,获得β-PTCDA分子晶体的光频介电常数、光吸收系数、折射率和能量损失函数等随光频的变化规律.结果表明:β-PTCDA作为一种直接带隙的窄带隙有机半导体,对费米能级贡献较大的电子轨道为苝核的C 2p以及O 2p电子态,即价带顶;对导带底贡献较大的为C 2p及O 2p电子态,包括酸酐C原子;其在光子能量为2～10 eV的区域具有强的光吸收特性,以及明显的双轴各向异性;在介电函数实部ε1(ω)＜0的光频区域,β-PTCDA分子晶体具有各向异性电导率,且与能量损失函数相一致.     

N、C共掺杂锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,研究了N和C原子分别单掺杂和双掺杂锐钛矿TiO2的形成能、晶体结构、电子结构和光学性质。计算结果表明：原子替位掺杂后体系晶格发生畸变;C替位掺杂更倾向于替代Ti位,而非O位;替位掺杂使TiO2光吸收带边发生了明显红移,且在可见光区域的吸收效率明显增加,大大提高了光催化效率。与单掺杂比较发现,N、C双掺杂红移现象更加明显,为较好的掺杂改性方式。     

N、C共掺杂锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,研究了N和C原子分别单掺杂和双掺杂锐钛矿TiO2的形成能、晶体结构、电子结构和光学性质。计算结果表明：原子替位掺杂后体系晶格发生畸变;C替位掺杂更倾向于替代Ti位,而非O位;替位掺杂使TiO2光吸收带边发生了明显红移,且在可见光区域的吸收效率明显增加,大大提高了光催化效率。与单掺杂比较发现,N、C双掺杂红移现象更加明显,为较好的掺杂改性方式。     

用密度泛函理论研究氮化硅新相的电子结构、光学性质和相变

运用第一性原理赝势方法,对氮化硅新相(六方Pˉ6和Pˉ6′相)的电子结构、光学性质和相变过程进行分析,研究能带结构、介电函数谱、反射谱和能量损失函数的变化机理.研究发现,β→Pˉ6→δ相变是可行的,在室温下β→Pˉ6和Pˉ6→δ相变的临界压强分别为42.9和47.7 GPa;相界的斜率为正值表明Pˉ6→δ相变过程伴随着晶胞体积的塌缩;Pˉ6和Pˉ6′相分别属于直接带隙和间接带隙半导体,能隙宽度分别为4.98和4.01 eV;得到了两相的零频介电常数;反射谱表明,两相的强反射峰均位于真空紫外线区域,因此可以用作紫外光屏蔽或紫外探测材料;在可见光区域,两相表现为近似透明.     

OsSi2电子结构和光学性质的研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对正交相OsSi₂的电子结构、态密度和光学性质进行了理论计算,能带结构计算表明它是一种间接带隙半导体,禁带宽度为0813 eV;其价带主要由Os的5d和Si的3p态电子构成;导带主要由Si的3s,3p以及Os的5d态电子构成;静态介电常数ε₁（0）=1543; 折射率n＝393并利用计算的能带结构和态密度分析了OsSi₂的介电函数、吸收系数、折射率、反射率、 关键词： 2')" href="#">OsSi₂ 第一性原理 电子结构 光学性质     

Electronic structure and optical properties of Nb-doped Sr2TiO4 by density function theory calculation

This paper investigates the effect of Nb doping on the electronic structure and optical properties of Sr2TiO4 by the first-principles calculation of plane wave ultra-soft pseudo-potential based on density functional theory(DFT).The calculated results reveal that due to the electron doping,the Fermi level shifts into conduction bands(CBs) for Sr2 Nb x Ti1 x O4 with x=0.125 and the system shows n-type degenerate semiconductor features.Sr2TiO4 exhibits optical anisotropy in its main crystal axes,and the c-axis shows the most suitable crystal growth direction for obtaining a wide transparent region.The optical transmittance is higher than 90% in the visible range for Sr2 Nb 0.125Ti0.875O4.     

锐钛矿相和金红石相TiO2:Nb的光电性能研究

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     

N掺杂锐钛矿TiO2光学性能的第一性原理研究

用平面波赝势方法(PWP)计算了N掺杂锐钛矿型TiO₂前后的光学特性,即介电函数虚部ε₂(ω)，光学吸收系数I(ω)和反射率R(ω). 并从能带结构上解释了为什么掺N后锐钛矿型TiO₂的光学谱在2.93，3.56和3.97eV处相对掺杂前会出现3个峰值的原因. 从光谱图上分析得出，掺杂后TiO₂要发生红移现象，实验现象证实了这一结果. 关键词： N掺杂 2')" href="#">锐钛矿型TiO₂ 光学性能 第一性原理     

Concentration-dependent electronic structure and optical absorption properties of B-doped anatase TiO2

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.     

First-principles study of electronic structures and optical properties of Cu, Ag, and Au-doped anatase TiO2

We perform first-principles calculations to investigate the band structure, density of states, optical absorption, and the imaginary part of dielectric function of Cu, Ag, and Au-doped anatase TiO₂ in 72 atoms systems. The electronic structure results show that the Cu incorporation can lead to the enhancement of d states near the uppermost of valence band, while the Ag and Au doping cause some new electronic states in band gap of TiO₂. Meanwhile, it is found that the visible optical absorptions of Cu, Ag, and Au-doped TiO₂, are observed by analyzing the results of optical properties, which locate in the region of 400-1000 nm. The absorption band edges of Cu, Ag, and Au-doped TiO₂ shift to the long wavelength region compared with the pure TiO₂. Furthermore, according to the calculated results, we propose the optical transition mechanisms of Cu, Ag, and Au-doped TiO₂. Our results show that the visible light response of TiO₂ can be modulated by substitutional doping of Cu, Ag, and Au.     

N掺杂锐钛矿TiO2电子结构的第一性原理研究

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     

Microstructural, optical and photocatalytic properties of CdS doped TiO2 thin films

CdS doped TiO₂ thin films (with CdS content=0, 3, 6, 9 and 12 at%) were grown on glass substrates. The X-ray diffraction analysis revealed that the films are polycrystalline of monoclinic TiO₂ structure. The microstructure parameters of the films such as crystallite size (D_ν) and microstrain (e) are calculated. Both the crystallites size and the microstrain are decreased with increasing CdS content. The optical constants have been determined in terms of Murmann's exact equations. The refractive index and extinction coefficient are increased with increasing CdS content. The optical band gap is calculated in the strong absorption region. The possible optical transition in these films is found to be an allowed direct transition. The values of E_g^opt are found to decrease as the CdS content increased. The films with 3 at% CdS content have better decomposition efficiency than undoped TiO₂. The films with 6 at% and 9 at% CdS content have decomposition efficiency comparable to that of undoped TiO₂, although they have lower band gap. The CdS doped TiO₂ could have a better impact on the decomposing of organic wastes.     

过渡金属(Fe,Co,Ni,Zn)掺杂金红石TiO2的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对未掺杂以及不同浓度过渡金属Fe,Co,Ni,Zn掺杂金红石TiO₂的超晶胞体系进行了几何优化,并讨论了其晶格常数,电子能带结构和光学性质.研究结果表明:掺杂前后的晶格参数与实验值偏差在3.6%以下;适量的过渡金属掺杂不但影响体系能带结构,拓宽光吸收范围,而且扮演着俘获电子的重要角色,有利于光生电子-空穴对的有效分离以及增强光吸收能力;Fe,Co,Ni,Zn最佳理论掺杂体系分别为Ti_0.75Fe_0.25O₂,Ti_0.75Co_0.25O₂,Ti_0.75Ni_0.25O₂,Ti_0.83Zn_0.17O₂;Fe,Co,Ni3d态分裂为t_2g和e_g态,分别贡献于价带高能级和导带低能级部分,促进了电子-空穴对的生成,从而可提高TiO₂的光催化性能;Zn3d态电子成对填满轨道,不易被激发,故光催化活性无明显提高.     

镧掺杂对锐钛矿TiO2电子结构与光催化活性影响的第一性原理研究

基于DFT+U方法,对镧掺杂锐钛矿TiO₂及其氧空缺的稳定性以及对电子结构、光催化性质的性质进行了第一性原理研究．计算结果表明掺杂浓度和位置对结构稳定性的影响机制符合鲍林规则;结合晶体场理论和结构形变以及态密度的分析发现镧掺杂对带隙的调制不是通过掺杂带的引入,而是由结构形变决定．吸收光谱的模拟结果显示通过镧掺杂会提高可见光的吸收效率,和实验结果吻合．对氧空缺的后续研究表明氧空缺的存在会增强镧掺杂锐钛矿TiO₂的稳定性,提高其光催化活性．