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S和La共掺杂对锐钛矿相TiO2微观结构和性能的影响

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