C-Nb掺杂TiO₂的电子结构与光学特性的第一性研究

来源期刊：功能材料2021年第1期

论文作者：朱海霞

文章页码：1139 - 1144

关键词：第一性计算;掺杂TiO₂;电子结构;光学性质;

摘    要：运用第一性原理计算,研究了C单掺杂TiO₂体系、C与双Nb掺杂TiO₂体系的电子结构和光学特性。构建了C、C与双Nb掺杂TiO₂体系。并比较多种C与双Nb掺杂TiO₂构型的总能,发现C与双Nb近邻补偿共掺构型最稳定。对于C原子单掺杂TiO₂,其带隙中出现主要由C-2p轨道构成的3个子带,但是存在电子部分占据带隙子带,这种半占据子带在光催化过程中会成为新的电子-空穴复合中心,降低了光生电子分离效率。对于C与双Nb补偿掺杂TiO₂体系,其带隙中出现主要由Nb-4d轨道和C-2p轨道耦合而构成的3个带隙态,此时,由于两个Nb原子提供了足够的电子用于补偿C原子的双受子行为,其带隙子带被电子完全所占据,消除了C单掺TiO₂存在的缺陷,进一步提高了光生电子的量子效率。最后,对纯TiO₂和C与双Nb掺杂TiO₂体系的光吸收谱进行了计算,其结果显示C与双Nb近邻共掺TiO₂体系的光吸收谱拓展到可见光区域。