(Cu+N)共掺杂锐钛矿相TiO2(001)面和(101)面电子结构的第一性原理计算

摘要：

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了3d过渡元素Cu掺杂及(Cu+N)共掺杂于锐钛矿相TiO2(001)面和(101)面的电子性质,给出了不同掺杂形式形成能、能带结构、态密度及电荷分布的变化,得出了(Cu+N)共掺杂时最稳定的结构.通过计算Cu表层吸附、表层和次表层替位掺杂以及晶体间隙掺杂的形成能,发现Cu掺杂更易发生在TiO2(001)面的空穴位,此时N偏向于在水平方向上的O位发生替位掺杂.计算结果表明(Cu+N)共掺杂后Cu-3d与O-2p,N-2p及Ti-3d轨道上的电子发生p-d杂化效应,引发O-2p,N-2p态发生劈裂使得价带范围扩大,Ti-3d态下移且发生劈裂形成新的导带底,并且禁带中产生了新的电子态,禁带宽度减小,同时(Cu+N)施主受主杂质对的出现可以有效防止电子空穴对的复合,提高了TiO2的光催化活性.

关键词：锐钛矿相TiO2、密度泛函理论、(Cu+N)共掺杂、电子结构

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资助基金：山东省高等学校科技计划项目编号:J13LA05和山东省自然科学基金编号:ZR2014AM017资助

在线出版日期：2016-04-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：72-80