C-Nb掺杂TiO2的电子结构与光学特性的第一性研究

• 作者: 朱海霞
• 来源期刊: 功能材料
• 学科: 物理学
• 关键词: 第一性计算 掺杂TiO2 电子结构 光学性质
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 所属期刊栏目: 研究·开发
• 页码范围: 139-144
• 页数: 6页
• 分类号: O483
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1001-9731.2021.01.020

摘要

运用第一性原理计算,研究了C单掺杂TiO2体系、C与双Nb掺杂TiO2体系的电子结构和光学特性.构建了C、C与双Nb掺杂TiO2体系.并比较多种C与双Nb掺杂TiO2构型的总能,发现C与双Nb近邻补偿共掺构型最稳定.对于C原子单掺杂TiO2,其带隙中出现主要由C-2p轨道构成的3个子带,但是存在电子部分占据带隙子带,这种半占据子带在光催化过程中会成为新的电子-空穴复合中心,降低了光生电子分离效率.对于C与双Nb补偿掺杂TiO2体系,其带隙中出现主要由Nb-4d轨道和C-2p轨道耦合而构成的3个带隙态,此时,由于两个Nb原子提供了足够的电子用于补偿C原子的双受子行为,其带隙子带被电子完全所占据,消除了C单掺TiO2存在的缺陷,进一步提高了光生电子的量子效率.最后,对纯TiO2和C与双Nb掺杂TiO2体系的光吸收谱进行了计算,其结果显示C与双Nb近邻共掺TiO2体系的光吸收谱拓展到可见光区域.