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《高氧空位浓度对锐钛矿tio2莫特相变和光谱红移及电子寿命影响的第一性原理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第/(卷第&期’$$%年&月物理学报I<7./(，X<.&，Q6Y;>，’$$%#$$$4&’*$T’$$%T/（($&）T#%)’4$/0O+0U1VLWO0LWXWO0!’$$%O>,?.U>9G.L<;."""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""高氧空位浓度对锐钛矿!"#莫特相变和光谱红移$及电子寿命影响的第一性原理研究!!"侯清玉张跃张涛（北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京#$$$%&）（’$$(年#$月)日收到；’$$(年##月#*日收到修
2、改稿）基于密度泛函理论的第一性原理研究，通过对锐钛矿+,-’高氧空位浓度、态密度图及吸收光谱图的分析，发现锐钛矿+,-’高氧空位浓度的条件下，高氧空位浓度对禁带变窄、吸收光谱红移和电子寿命都有很大的影响，从理论上进一步解释了高氧空位浓度对禁带变窄的原因.同时，锐钛矿半导体在高氧空位浓度时发生莫特相变和锐钛矿氧空位在等离子体中吸收光谱红移实验进行比较，发现锐钛矿+,-’应适量控制高氧空位浓度对吸收光谱红移好于前者.适量控制高氧空位浓度的锐钛矿+,-’对制备高氧空位浓度的可见光光催化剂提供了可靠的数据.关键词：锐钛矿，高氧空位浓度，吸收光谱红
3、移，第一性原理%&’’：(##/0，(##/1，(#’/，(%/$离子性的掺杂就可能导致SI光活性的降低.氧空#D引言位在+,-中相当于一个正电荷的中心起施主能级’的作用，适量控制氧空位浓度对光催化性能的提高［#］#*(’年EAF,G>,56和1
4、验上受到越来越多’的重视［’—/］.这些特性有望在光电和其他领域得到和电子寿命影响的第一性原理研究未见报道，只在应用.但是，由于锐钛矿相+,-’属于宽禁带（!@H锐钛矿理想模型的条件下，通过掺杂用第一性原理&D’&BI）半导体，这使得它只能在紫外光（!J研究光谱红移，对禁带变窄的机理没有具体限定条［#$］&%(D/?5）照射下才显示出活性，太阳光谱中不足件和范围，模棱两可，解释欠妥.第一性原理在低/K，而波长为2$$—(/$?5的可见光占到了2&K.因温条件下研究锐钛矿半导体，实际上锐钛矿半导体此，改善+,-’活性，使其良好的性能可以在可
5、见光［##］氧空位很容易形成.同时，轻氧空位到高氧空位照射下发挥出来就有特别的意义.近年来，为实现使+,-特性发生根本转化，二者的氧空位浓度对光’+,-’的可见光响应，研究人员进行了大量的+,-’改催化性能影响规律不同，应区别研究对待，不能混淆性实验，其中外部掺杂被认为是改进+,-活性的有’效途径.L6M6N6等研究了+,-中掺杂OA’P后对可见处理.因此，本文用第一性原理计算了+,-’的能带、’光的响应［)］；O><,等进行了+,-掺杂’#种金属离态密度和光吸收系数来讨论高氧空位浓度对莫特’子的实验，指出EB&P，Q
6、G&P，RB/P，I2P和（Q掺杂可以加强+,-’的光吸收活性；然而，从已有的文献分析，不管是金属还是非金属，只要是阳热点问题之一.!国家自然科学基金（批准号：/$2&)$2$）资助的课题.!3456,7：89$/$###*:#’).;<5"通讯联系人.3456,7：=>6?@9:8A66.BCA.;?,期侯清玉等：高氧空位浓度对锐钛矿#$%!莫特相变和光谱红移及电子寿命影响的第一性原理研究)+&,变成了简并半导体0发生了莫特相变，两
7、方面比较一!"理论模型和计算方法致，证明我们计算数据是精确可靠的0!"#"理论模型锐钛矿#$%是由#$%八面体共边组成，锐钛矿!&具有更高的对称性（!’!("#$）计算分别采用纯原胞锐钛矿#$%模型，氧空位浓度为零；采用模型为)*!)*)单胞，氧空位浓度为)()!，百分率浓度约为+",,-的模型（含’个#$原子和.个%原子，)个氧空位）；采用!*!*)超胞，氧空位浓度为)(’+，百分率浓度约为!"/+-（0含)&个#$原子和,)个%原子，)个氧空位）0图)锐钛矿氧空位浓度分别为（>）)()!，（?）)(’+的态密度图!"!"计算方法$"!
8、"禁带变窄效应本文采用密度泛函理论（12#）的广义梯度近似［)!—)5］（334）下的平面波赝势方法，分别对不同高氧计算发现从图!—’能带分布图中，分别得到纯空位浓度的锐钛矿#$%!模型的莫特
