Ta掺杂锐钛矿相TiO2的理论分析.pdfVIP

第19卷第4期 V0 1．19 No ．4 2013年8月 祭 № 中 ∞ 国吣粉删 体Ⅲ 技M 术酬 № 洲 Au g．20 13 doi ：10．3969 ／j ．i ssn ．100 8- 554 8．20 13．04 ．0 14 Ta掺 杂 锐 钛 矿 相 Ti 02的 理 论 分 析 吴国浩a ．b郑树凯 ““ 河北大学a 电子信息工程学院；b ．计算材料研究中心，河北保定07 1002 摘要：采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法，对Ta 废气 的光催化方面降解方面有着广泛的应用前景。因 掺杂锐钛矿相Ti 02 的电子结构和光学吸收性质进行计算。结果表明， 为纯锐钛矿相Ti O：的禁带宽度较大 3．23 eV ，只能 Ti 02 中掺杂’r a 后 ，杂质能级与导带底混合，禁带宽度明显减小；杂质能 吸收占太阳光总能量4 ％的紫外光，严重制约了其广 级的引入和禁带宽度 的减小使得Ta掺杂锐钛矿相Ti 02光吸收在可见 光范 围内出现 明显吸收增强一 泛应用，所 以锐钛矿相Ti O：大规模应用的关键是如何 关键词：掺杂；锐 钛矿；第一性原理 通过改性使其吸收光谱扩展至可见光范围。 目前实现 中图分类号：TGl 46 ．4 文献标志码：A 锐钛矿相Ti O：可见光响应的改性方法，如，过渡金属 文章编号： 1008—554 8 20 13 04— 0054—05 元素或非金属元素掺杂、半导体复合、有机染料光敏 化等研究较多。由于过渡金属元素外层d 电子与Ti O： Th eor et i cal An al ysi s o Ta Doped Anat as e 中O的2p和Ti 的3d 电子相互作用可以调节其能带 Ti 02 结构，并引入杂质能级，因而近年来引起广泛关注 1。 例如，赵宗彦等I ml 对Zn 、Cu、Ni 、Co等9种过渡金属元 形U Gt wh a08 ·“．ZHENG Sh uka i a · “ 素掺杂Ti O：进行计算，发现Cr 、Mn 、Fe 、Ni 、Co、Cu掺 a ．Co l l ege o El e ct r oni c and I n or mat i onal En gi n eer i ng ；b ．Rese ar c h 杂Ti O：的吸收带边产生红移，并在可见光区有一定的 Cent e r or Comput at i on al Ma t er i al s ，Hebe i Un i v er si t y ，Baodi ng 07 1 002 吸收系数；Sc 、Zn 掺杂使Ti O：的吸收带边产生蓝移， Chi na 但是在可见光区有较大的吸收系数；掺V不仅使Ti O： Abs t r a ct ：Comput at i ons or el ect r oni c st r uct ur es and opt i ca l pr oper t i es o 的吸收带边产生红移，增强了在紫外光区的光吸收， Ta doped anat ase Ti 02 wer e car r i e d out by i r st pr i nci pl e p l a ne wave 而且在可见光区有非常大的吸收系数。宫丽等1111对Ta u l t ra ·s o t p seudo pot ent i a l met hod b as ed on t he den si t y unct i onal t he ory ． 掺杂ZnO的光电性能进行研究，发现Ta掺杂ZnO后 Th e r esul t s i ndi cat e t hat t he l evel s mi xed wi t h t he bot t om o i mpu r i t y 禁带宽度变窄，吸收边发生红移。Ti O：与ZnO性质类 c ondu ct i on band and t he or bi d den band wi dt h de cr eas e ob vi ous l y a t er Ta 似，Ta掺杂Ti O：是否也能实现吸收带边红移，目前关 at oms ar e dope d i n anat ase Ti 02 cr yst al ．Bot h t he i nt r oduct i on o i mp ur i t y l evel s and t he de cr ea si n g o band gap l ead t O t he obv i ous ab sor pt i on 于Ta 掺杂Ti Oz光催化效能的试验研究相对较少。本文 enhanc ement