B 掺杂SrTiO3 电子结构的第一性原理计算 - 中国有色金属学报.PDF

第 26 卷第 3 期 中国有色金属学报 2016 年 3 月 Volume 26 Number 3 The Chinese Journal of Nonferrous Metals March 2016 文章编号：1004-0609(2016)-03-0616-07 B 掺杂SrTiO3 电子结构的第一性原理计算 1, 2 1, 2 1, 2 1, 2 1, 2 1, 2, 3 刘晨吉 ，贾云龙 ，刘 红 ，吴 一 ，刘 磊 ，郑树凯 (1. 河北大学 电子信息工程学院，保定 071002 ； 2. 河北大学 计算材料与器件模拟研究中心，保定 071002 ； 3. 河北省数字医疗工程重点实验室，保定 071002) 摘 要：利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势法，对未掺杂、B 替位 Sr、B 替位 Ti、B 替 位 O 和 B 间隙掺杂 SrTiO3 的晶格参数、Mulliken 电荷布居、能带结构、态密度和光吸收系数进行计算。结果表 明：B 替位 Sr 和 B 替位 Ti 掺杂对 SrTiO3 电子结构和光学性质的影响不显著；B 替位 O 掺杂则在 SrTiO3 的禁带 中引入 3 条杂质能级，杂质能级上的电子可以吸收能量较小的光子跃迁至导带，光吸收强度从可见光长波段 550 nm 开始逐渐增加，光谱吸收边红移；B 以间隙原子的形式掺杂时，SrTiO3 的禁带宽度大幅增大，电子跃迁能增 加，光谱吸收边蓝移。 关键词：SrTiO3 ；B 掺杂；第一性原理；电子结构 中图分类号：O471 ；O472 文献标志码：A 利用太阳能光催化降解有机污染物、将太阳能转 太阳光，且其量子效率较低，产生的电子−空穴对容 化为化学能成为解决环境污染和能源问题的有效途径 易复合。为了提高其光催化活性，通常用 NiO 、Ni 、 之一。太阳能的利用依赖于光催化转换材料，因此开 Cu、Ag 、Pb 、Pt 等金属或金属氧化物对 SrTiO3 表面 发寻找高效的光催化剂成为科研工作者的重要研究课 进行修饰[15−16] 。WAGER 等[17]发现在碱性电解质溶液 题。自从 1972 年 FUJISHIMA 等[1]发现光照条件下， 中，SrTiO 单晶表面镀有 Pt 时，产生更多的 H ；经 3 2 水在 TiO 电极上分解生成H 和 O ，TiO 便以其优良 NiO 修饰过的 SrTiO 表面，光照条件下也可更好的分 2 2 2 2 3 的光催化活性和制备简单、无毒、成本低等优点被广 解水制备氢。IWASHINA 等[18]用 Rh-SrTiO 粉末涂抹 3 泛研究[2−5] 。但其禁带宽度较大，很难利用太阳光中的 铟锡氧化物电极，在可见光照射下发现光电流， 可见光部分，并且 TiO2 中光催化活性较高的锐钛矿相 Rh-SrTiO3 体系呈现 P 型半导体特性。CHEN 等[19]对 结构在温度较高时很容易转化为光催化活性较低的金