Bi掺杂锐钛矿相TiO2第一性原理计算.pdf

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1、第29卷第1期无机化学学报Vo1．29No．12013年1月CHINESEJ0URNALOFIN0RGANICCHEMISTRY9．14Bi掺杂锐钛矿相TiO2第一性原理计算吴国浩，郑树凯，l，2吕霄3(河北大学电子信息工程学院，保定071002)(2河北大学计算材料研究中心，保定0710021(清华大学材料科学与工程系，北京1000841摘要：采用密度泛函理论(DVr)下的第一性原理平面波超软赝势方法计算了Bi掺杂前后锐钛矿相TiO：的电子结构和光学性质。结果分析发现：掺杂后Ti的电荷布居数下降，0的布居数增加；同时在TiO2禁带中引入了杂质能级，禁带宽度略微变大，但是杂质

2、能级的作用抵消了禁带宽度变大带来的不利影响，使得掺杂后TiO：吸收带边红移并在可见光范围内吸收明显增强。关键词：Bi掺杂；电子结构；光学性质；杂质能级；吸收红移中图分类号：0649．4文献标识码：A文章编号：1001．4861(2013)01．0009．06DOI：10．39690．issn．1001—4861．2013．O0．027First·PrinciplesCalculationofBi-DopedAnataseTiO2WUGuo．Hao0ZHENGShu．Kai，10Lt)Xiao3(CollegeofElectronicandInformationalEngine

3、ering,HebeiUniversity,Baoding,Hebei071002，China)(esearchCeaterforComputationalMaterials，HebeiUniversity,Baoding,Hebei071002,China)(3DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084，China)Abstract：TheelectronicstructuresandopticalpropertiesofpureanataseTiO2andBi—do

4、pedanataseTiO2werecalculatedusingtheplane．waveultra．softpseudopotentialfPWPP)methodbasedonthedensityfunctionaltheorvfD．TheresultsindicatethepopulationsofTiatomsdeclineandthoseof0atomsincrease．TheBidopingintroducesimpurityenergylevelintotheforbiddenband．Itwasf0undthattheimpurityenergylevelis

5、composedofBi，O2pandTi3dorbitals．TheforbiddenbandwidthoftheBi．dopedanataseTiO2increasesalittle．ButthedetrimentaleffectarosefromtheenlargementofforbiddenbandiSoffsetbythefunctionoftheimpurityenergyleve1．whichresultsinaredshiftoftheabsorptionedgeandastrongabsorptionabilityfortheBi—dopedanatase

6、TiO2．Keywords：Bidoping；electronicstructure；opticalproperty；impurityenergylevel；absorptionred-shift锐钛矿相TiO，是一种Ⅳ．Ⅵ族间接宽带隙氧化领域的大规模应用。因此如何通过改性提高其光谱物半导体光催化材料．室温下禁带宽度为3．2eV．与吸收范围和光催化活性是锐钛矿相TiO，大规模应其它半导体光催化剂相比，具有良好的化学稳定性、用的关键。通过掺杂对TiO，进行带隙调控．从而获低成本、制备简单和无毒等优点．在废水和废气的净取可以响应可见光的TiO，基催化剂一直是人们努化处理方面有着广

7、阔的应用前景．引起了广大科研力的目标如Ding等[81采用溶胶一凝胶法制备了Co工作者对其广泛的研究但较大的禁带宽度导致掺杂锐钛矿相TiO：，紫外一可见吸收光谱测量发现，其只能被占太阳光总能量4％．波长小于或等于掺杂后TiO，吸收出现明显红移．并在600nm左右387．5nm的紫外光激发．严重限制了其在光电催化出现一个额外吸收峰：Gao等[91采用固一液反应法制收稿日期：201206—15。收修改稿日期：2012．08．24。国家自然科学基金(N0．61204079)，河北大学自然科学研究计划基金(No