氮铁共掺锐钛矿相TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究
First-principles study on electronic structure and optical properties of anatase TiO_2 codoped with nitrogen and iron作者机构：云南大学物理科学技术学院云南省高校纳米材料与技术重点实验室昆明650091 湖南城市学院物理与电信工程系益阳413000
出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)
年 卷 期：2010年第59卷第7期
页 面：4930-4938页
核心收录：
学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学]
基 金：国家自然科学基金(批准号:50862009)资助的课题~~
主 题：第一性原理计算 氮铁共掺杂锐钛矿相TiO2 电子结构 光学性质
摘 要：本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了N,Fe共掺杂TiO2的晶体结构、电子结构和光学性质.研究表明,N,Fe共掺杂TiO2的晶格体积、原子间的键长及原子的电荷量发生变化,导致晶体中产生八面体偶极矩,并因此光生电子-空穴对有效分离,提高TiO2的光催化活性;N,Fe共掺杂同时在导带底和价带顶形成了杂质能级,使TiO2的禁带宽度变窄,光吸收带边红移到可见光区,这些杂质能级可以降低光生载流子的复合概率,提高TiO2的光催化效率;与Fe掺杂TiO2的态密度相比,共掺杂位于价带顶的杂质能级的态密度峰明显增大,导致电子从杂质能级跃迁到导带的概率增加,使其对太阳能的利用率提高;在不考虑杂质能级的情况下,与纯TiO2相比,N,Fe共掺杂TiO2的带边位置只有微小变化,因此N,Fe共掺杂TiO2的强氧化还原能力得以保持.
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