Ni掺杂TiO2电子和几何结构的第一性原理研究
来源期刊：材料与冶金学报2017年第2期
论文作者：于智清 王逊 杨合 薛向欣
文章页码：154 - 158
关键词：Ni掺杂;掺杂方式;晶胞结构;态密度;第一性原理;
摘 要：利用密度泛函理论框架下的第一性原理方法,对不同掺杂量、不同方式的Ni掺杂锐钛矿相TiO2（anatase TiO2:A-TiO2）的晶胞结构、缺陷形成能和态密度图像等进行了研究,并着重讨论了掺杂Ni离子周围配位场改变对体系电子结构的影响.结果表明,掺杂方式的不同对Ni-TiO2超晶胞的几何结构有较大影响.正是几何结构的变化导致掺杂Ni离子处于不同类型的晶体配位场之中,这是掺杂体系电子结构差异的本质原因.通过对掺杂体系形成能的比较,发现Ni掺杂TiO2的具体方式取决于晶体生长过程中的氧环境.通过对体系电子结构的研究,发现各种掺杂体系的禁带中都出现由Ni 3d-O2p轨道杂化形成的杂质能级.Ni离子替代晶格Ti掺杂会使吸收光谱红移,而Ni的晶隙掺杂则使吸收光谱蓝移,且这种光谱吸收带边的差异会随掺杂浓度的增加而增大.
于智清1,2，王逊2，杨合1，薛向欣1
1. 东北大学冶金学院2. 沈阳建筑大学理学院
摘 要：利用密度泛函理论框架下的第一性原理方法,对不同掺杂量、不同方式的Ni掺杂锐钛矿相TiO2（anatase TiO2:A-TiO2）的晶胞结构、缺陷形成能和态密度图像等进行了研究,并着重讨论了掺杂Ni离子周围配位场改变对体系电子结构的影响.结果表明,掺杂方式的不同对Ni-TiO2超晶胞的几何结构有较大影响.正是几何结构的变化导致掺杂Ni离子处于不同类型的晶体配位场之中,这是掺杂体系电子结构差异的本质原因.通过对掺杂体系形成能的比较,发现Ni掺杂TiO2的具体方式取决于晶体生长过程中的氧环境.通过对体系电子结构的研究,发现各种掺杂体系的禁带中都出现由Ni 3d-O2p轨道杂化形成的杂质能级.Ni离子替代晶格Ti掺杂会使吸收光谱红移,而Ni的晶隙掺杂则使吸收光谱蓝移,且这种光谱吸收带边的差异会随掺杂浓度的增加而增大.
关键词：Ni掺杂;掺杂方式;晶胞结构;态密度;第一性原理;
