一种新型二维TiO2的电子结构与光催化性质

摘要：

基于第一性原理计算方法,设计出了一种新型二维半导体材料TiO2,并进一步研究了其结构稳定性,电子结构,载流子迁移率和光学性质等.二维TiO2的形成能、声子谱、分子动力学、弹性常数表明,二维TiO2具有较好的动力学,热力学和机械稳定性,具备实验制备的条件,且能够稳定存在于常温条件下.电子结构分析表明,二维TiO2是一种间接带隙半导体,在GGA+PBE和HSE06算法下的能隙分别为1.19 eV和2.76 eV,其价带顶和导带底能级分别由Ti-3d和Ti-4s态电子构成,O原子的电子态在费米能级附近贡献很小,主要分布在深处能级.载流子迁移率显示,二维TiO2的迁移率比单层MoS2要小,其电子和空穴迁移率分别为31.09和36.29 cm2·V–1·s–1.由于空穴迁移率和电子迁移率的各向异性,电子-空穴复合率较低,使得单层TiO2的使用寿命更长,光催化活性更好.在应变调控下,二维TiO2的能隙发生明显响应,以适用于各种半导体器件的需要.半导体的带边势和光学性质显示,在–5％—2％ 单/双轴应变下,二维TiO2能够光裂水制H2,在–5％—5％ 单/双轴应变下,能够光裂水制O2,H2O2和O3等.此外,二维TiO2对可见光和紫外光具有较高的吸收系数,说明其在未来光电子器件和光催化材料领域有着潜在的应用前景.

关键词：二维TiO2、第一性原理、电子结构、光学性质

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资助基金：国家自然科学基金;湖北医药学院人才启动金项目;湖北省教育厅科学技术研究项目

在线出版日期：2020-09-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：201-210