掺Fe和V的金红石电子结构的第一性原理计算研究

• 作者: 吴婧 巫翔 张倩 朱峰 李艳 秦善 鲁安怀
• 来源期刊: 岩石矿物学杂志
• 学科: 地球科学
• 关键词: 第一性原理计算 金红石 Fe和V共掺杂 光催化
• 年，卷（期）: 2012,（3）
• 所属期刊栏目: 环境矿物学
• 页码范围: 441-446
• 分类号: P578.4+7|P57
• 字数: 3490字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1000-6524.2012.03.014

摘要

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对掺杂Fe和(或)V的金红石型TiO2的电子结构进行了计算.理论模拟的结果表明,纯金红石的禁带宽度为1.98 eV;Fe掺杂金红石型TiO2的禁带宽度为2.18 eV,由Fe3d 和O2p轨道杂化在禁带中间形成了两条杂质能级；V掺杂金红石型TiO2的禁带宽度减小为1.80 eV,由V3d和O2p轨道杂化形成的杂质能级位于金红石的导带底,引入了一个浅施主能级；Fe和V共掺杂的金红石禁带中存在一个较宽的杂质能带,禁带宽度减小为1.73 eV.杂质能级的出现以及禁带宽度的减小使得Fe和V掺杂的金红石具有更好的可见光响应能力.同时,Fe和V的类质同像替代使得金红石中MO6八面体具有较大的畸变程度,有助于表面缺陷的增加,从而为光催化反应提供天然活性位.为进一步深入揭示含铁、钒等杂质的天然金红石的可见光催化机制提供了理论支持.