| 杨志怀,张云鹏,许强,张美光,张蓉.空位缺陷金红石型TiO2电子结构和光学性质的理论研究[J].光电子激光,2017,28(11):1224~1232 |
| 空位缺陷金红石型TiO2电子结构和光学性质的理论研究 |
| Study on electronic and optical properties of vacancies ru tile TiO2 |
| 投稿时间：2017-03-02 |
| DOI： |
| 中文关键词: 第一性原理 电子结构 光学性质 金红石型TiO2 空位缺陷 |
| 英文关键词:first principle electronic structure optical properties rutile TiO2 vacan cy defect |
| 基金项目:国家自然科学基金(11204007,7)、陕西省科技攻关计划(2014K08-17)、陕西省科学技术研究发展计划(2016JM1012,6JM1016)、陕西省教育厅科研计划(15J K1043)、宝鸡市科技攻关计划(14GYGG-5-2)和宝鸡文理学院重点科研(ZK16033,Y K1615)资助项目 (1.西安理工大学 材料科学与工程学院,陕西 西安 710048； 2.宝鸡文理学院 物理与光电技术学院,陕西 宝鸡 721016； 3.西北工业大学 理学院,陕西 西安 710072) |
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| 中文摘要: |
| 基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理模守恒赝势 方法,对纯金红石型TiO2和Ti、O两种空位缺 陷相的几何结构、能带结构、态密度(DOS)以及光学性质进行了 系统地对比研究。结果发现,含有空 位缺陷的TiO2键长增大,原子布局值减小并出现微弱的磁性；空位缺陷导致导带变窄,导 带和价带 都向低能级方向移动,由空位原子贡献的载流子增强了体系的电导率,费米能级上移进入导 带；与 纯金红石型TiO2的直接带隙宽度(3.0eV)相比较,Ti空位缺陷相转 变为P型半导体且直接带隙为1.816 eV,而O空位缺陷相转变为n型半导体且间接带隙为1.961eV。同时, 两种空位缺陷结构的介电峰显 著红移,折射率有明显变化,对可见光区的吸收系数均比纯TiO2高。与O空位结构相比,Ti 空位结构的 介电常数、折射率、消光因子和对可见光的吸收强度更大,更能增强电子在低能端的光学跃 迁,具有更佳的可见光催化性能。 |
| 英文摘要: |
| The crystal structures,band structures,density of states and optical properties of Ti and O vacancies in rutile TiO2in comparision with those of pure rutile TiO2are investigated,by using the first-principles based on density functional theory (DFT) method and the norm conserving pseudopotential scheme.The obtained results show that both vacancy-doped struc tures exhibit a weak magnetism,and a larger bond length and atomic population for Ti-O bond.The co nduction band gaps decrease and both conduction and valence bands move towards the low energy direc tion in the vacancy-doped structures,and the contribution of atomic vacancy carriers thus enhances the ele ctrical conductivity of the system.By introducing vacancies in rutile TiO2,the Ti-vacancy phase s hows a p-type semiconducting nature with energy gap of 1.816eV,and the O-vacancy phase shows an n-type semiconducting nature with energy gap of 1.961eV.Meanwhile,the dielectric pea ks of the vacancy-doped structures display a significant red shift,and possess a higher abs orption coefficient than that of pure TiO2in the visible region.Compared with O-vacancy structure,the larg er dielectric constant, refractive index and extinction factor for visible light absorption intensity i n Ti-vacancy structure would enhance the optical transitions for low-energy electrons and possess better cat alytic properties of visible light. |
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