赵宗彦
,
赵响
,
易娟
,
柳清菊
稀有金属材料与工程
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TiO2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TiO2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TiO2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TiO2电子结构和光学性质的掺杂效应,同时非金属掺杂对TiO2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TiO2在可见光激发下具有较高光催化活性的原因.
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
刘清路
,
朱良迪
,
张瑾
,
朱忠其
,
柳清菊
功能材料
doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2014.06.007
基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法研究了纯 TiO2、S 和 La 分别单掺杂及共掺杂锐钛矿相TiO2的晶体结构、电子结构、光学性质及带边位置,结果表明,S掺杂后TiO2的晶格常数、原子间的键长和原子电荷都发生了变化,导致掺杂后的八面体偶极矩增加,从而有利于光生电子-空穴对的分离,提高TiO2的光催化性能；S掺杂TiO2禁带中出现杂质能级,从而将 TiO2的光谱响应红移至可见光区；La掺杂TiO2杂质能级出现在导带而非禁带中,带隙有所减小,吸收光谱的阈值波长发生了一定的红移；而S、La共掺杂TiO2的光谱响应范围向可见光区明显拓展,且氧化还原能力增强,因此 S、La 共掺杂可显著提高TiO2光催化性能。
关键词:
锐钛矿相TiO2
,
第一性原理
,
S
,
La 共掺杂
,
光催化性能
龚昌杰
,
高攀
,
柳清菊
功能材料
采用第一性原理平面波超软赝势方法研究了Pt掺杂锐钛矿相TiO2的晶体结构、电子结构和光学性质,结果表明,Pt掺杂后锐钛矿相TiO2晶格产生崎变,晶胞体积增大晶胞内部八面体偶极矩增加;Pt5d轨道与02p轨道、Ti3d轨道杂化,分别在价带顶和导带底产生杂质能级,禁带宽度变小,光吸收带边红移至可见光区.理论计算结果与文献报道的实验结果基本一致,较好地阐明了Pt掺杂提高锐钛矿相TiO2光催化性能的机理.
关键词:
锐钛矿相TiO2
,
Pt掺杂
,
微观结构
,
光谱吸收
,
第一性原理
赵宗彦
,
柳清菊
,
朱忠其
,
张瑾
,
刘强
功能材料
采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了非金属阳离子掺杂锐钛矿相TiO2的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明掺杂后发生的晶格畸变、原子间的键长及原子的电荷量的变化,导致了晶体中的八面体偶极矩增大,使光生电子-空穴对能有效分离; 掺杂离子的p态电子与O2p态、Ti3d态杂化形成杂质能级、价带宽化,从而导致TiO2的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些计算结果很好地解释了非金属阳离子掺杂锐钛矿相TiO2在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.
关键词:
锐钛矿相TiO2
,
非金属阳离子掺杂
,
第一性原理
,
光催化性能
朱良迪
,
张瑾
,
朱忠其
,
柳清菊
功能材料
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO2,S、Mn分别单掺杂及共掺杂TiO2的晶体结构、杂质形成能、电子结构、光学性质和带边位置.计算结果表明,掺杂后TiO2的晶格发生畸变,原子间的键长、原子的电荷量以及晶体体积都发生变化,导致晶体中八面体偶极矩增大,从而有利于光生电子-空穴对的分离；S掺杂在TiO2的价带顶部形成杂质能级,Mn掺杂在TiO2的导带下方和费米能级附近形成杂质能级,共掺杂后TiO2禁带宽度变窄,光学吸收带边发生红移,TiO2在可见光区有明显的吸收；同时S、Mn共掺杂后TiO2的带边位置发生了明显变化,氧化还原能力增强,有利于提高光催化效率
关键词:
锐钛矿相TiO2
,
S、Mn共掺杂
,
第一性原理
王海东
,
万巍
材料导报
采用基于密度泛函理论的从头算平面波超软赝势方法,计算了纯锐钛矿相TiO2及5种不同金属掺杂TiO2的晶格常数、能带结构、态密度与光吸收系数.结果表明,掺杂后能级的变化主要是过渡金属Co3d、Fe3d、Zr4d、Zr4p、V3p、V3d、W5d及W5p轨道的贡献.随着Co、Fe、V掺杂浓度的增加,禁带宽度呈减小趋势；Zr掺杂对能带结构几乎不产生影响；W掺杂能级远离禁带,只对价带构成产生了影响.金属掺杂使禁带宽度变化或出现新杂质能级,导致了TiO2吸收边沿红移或在可见光区域出现新的吸收峰;其中Co、Fe掺杂的吸收边沿明显红移,而W掺杂时在可见光区域出现较强的吸收峰.
关键词:
第一性原理
,
锐钛矿相TiO2
,
金属掺杂
