非金属对锐钛矿相TiO₂电子结构和光学性质掺杂效应的第一性原理计算（英文）

来源期刊：稀有金属材料与工程2015年第7期

论文作者：赵宗彦 赵响 易娟 柳清菊

文章页码：1568 - 1574

关键词：锐钛矿相TiO2;非金属掺杂;光催化活性;第一性原理计算;

摘    要：采用基于密度泛函理论超软赝势平面波方法的第一性原理计算了纯锐钛相Ti O2和非金属（B,C,N,F,P,S,Cl）掺杂体系的晶体结构、电子结构和光学性质。计算结果表明,非金属掺杂后由于晶格常数、键长、原子电荷分布的变化导致Ti O2的八面体偶极矩增大,这对光生电子-空穴对的分离是十分有利的。由掺杂物的p电子态与O的2p电子态、Ti的3d电子杂化而形成的杂质能级的存在使大多数掺杂体系的带隙减小,从而使Ti O2的基本吸收带边红移到可见光区。根据理论结果,系统分析和比较了非金属对锐钛矿相Ti O2电子结构和光学性质的掺杂效应,同时非金属掺杂对Ti O2光催化材料在可见光激发下的作用也得到了分析。计算结果解释了部分非金属掺杂可以使锐钛矿相Ti O2在可见光激发下具有较高光催化活性的原因。