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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

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

Sc DopingAnatase TiO2First principlesFormation energy

谭敏、靳宝霞、王栋、张金省、方志杰

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柳州工学院,柳州 545616

广西科技大学理学院,柳州 545006

Sc掺杂 锐钛矿相TiO2 第一性原理 形成能

国家自然科学基金广西高校中青年教师科研基础能力提升项目广西高校中青年教师科研基础能力提升项目广西高校中青年教师科研基础能力提升项目柳州市科技计划项目

118640052020KY600082021KY17212022KY16932020PAAA0608

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
年,卷(期):2024.41(1)
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