原子与分子物理学报2024,Vol.41Issue(1) :122-128.DOI:10.19855/j.1000-0364.2024.016001

钪与氧空位共掺杂锐钛矿相TiO2的形成能与 电子结构的第一性原理研究

The formation energy and electronic structures of Sc-doped anatase TiO2 with oxygen vacancy

谭敏 靳宝霞 王栋 张金省 方志杰
原子与分子物理学报2024,Vol.41Issue(1) :122-128.DOI:10.19855/j.1000-0364.2024.016001

钪与氧空位共掺杂锐钛矿相TiO2的形成能与 电子结构的第一性原理研究

The formation energy and electronic structures of Sc-doped anatase TiO2 with oxygen vacancy

谭敏 1靳宝霞 1王栋 1张金省 1方志杰2
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作者信息

  • 1. 柳州工学院,柳州 545616
  • 2. 广西科技大学理学院,柳州 545006
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摘要

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了钪(Sc)、氧空位(Ov)单/共掺杂锐钛矿相TiO2,对晶体结构、形成能以及电子结构进行了对比分析.研究结果表明,Sc-TiO2在富氧环境下缺陷形成能为负值,富钛环境下缺陷形成能为正值,表明Sc-TiO2只能在富氧环境下制备;Ov-TiO2、Sc-Ov-TiO2在富氧或富钛环境下缺陷形成能均为负值,但富氧环境下形成能更低;OV-TiO2的0/1-缺陷电荷转变能级为深能级,而Sc-TiO2的0/1-缺陷电荷转变能级则属于相对较浅能级;与纯锐钛矿相TiO2相比,Sc-TiO2的禁带宽度略有减小,但Ov-TiO2、Sc-Ov-TiO2禁带宽度变宽.

Abstract

The first principles of density functional theory(DFT)were used to study the crystal structures,for-mation energies and electronic structures of Sc and Ov single/co-doped anatase TiO2.The results show that the defect forming energy of Sc-TiO2 is negative in oxygen-rich environment and positive in titanium-rich envi-ronment,indicating that Sc-TiO2 can only be prepared in oxygen-rich environment.The defect formation en-ergies of Ov-TiO2 and Sc-Ov-TiO2 are both negative in oxygen-rich or titanium-rich environment,but lower in oxygen-rich environment.The 0/1-defect charge transition level of Ov-TiO2 is deep,while the 0/1-defect charge transition level of Sc-TiO2 is relatively shallow.Compared with pure anatase phase TiO2,the band gap width of Sc-TiO2 decreases slightly,but the band gap widths of Ov-TiO2 and Sc-Ov-TiO2 all be-come wider.

关键词

Sc掺杂/锐钛矿相TiO2/第一性原理/形成能

Key words

Sc Doping/Anatase TiO2/First principles/Formation energy

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基金项目

国家自然科学基金(11864005)

广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2020KY60008)

广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2021KY1721)

广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2022KY1693)

柳州市科技计划项目(2020PAAA0608)

出版年

2024
原子与分子物理学报
四川大学,四川省物理学会,中国物理学会原子与分子物理专业委员会

原子与分子物理学报

北大核心
影响因子:0.296
ISSN:1000-0364
参考文献量4
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