激光与光电子学进展, 2016, 53 (6): 061601, 网络出版: 2016-06-06   

Ce/S共掺杂锐钛矿型TiO2的第一性原理研究 下载: 633次

Study on First-Principle of Ce/S Co-Doped Anatase TiO2
作者单位
1 凯里学院物理与电子工程学院 贵州 凯里 556011
2 山东大学化学与化工学院 山东 济南 250100
摘要
采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了Ce,S单掺杂及Ce/S共掺杂锐钛矿型二氧化钛(TiO2)的能带结构、态密度和光学性质。结果表明:掺杂后晶格常数均变大,禁带宽度均减小,其中Ce/S共掺杂后由于S-3p电子轨道和Ce-4f电子轨道的共同作用引入了杂质能级,使得禁带宽度最小,吸收光谱发生红移;此外,Ce具有Ce4+和Ce3+两种可变价态,具有良好的电子迁移性质,阻止了电子和空穴之间的复合,预测了Ce/S共掺杂可提高TiO2的光催化性能。
Abstract
The energy band structure, density of electronic state and optical properties of Ce-doped anatase titanium dioxide(TiO2), S-doped anatase TiO2 and Ce/S co-doped anatase TiO2 are investigated with first-principles based on density functional theory(DFT). The results show that the lattice constant is enlarged due to doping and the forbidden band is also decreased. For the Ce/S co-doped anatase TiO2, its forbidden bandgap is the smallest of all because of the synergy of S-3p and Ce-4f electronic orbits, which leads to the red shifts of the absorption spectra. Furthermore, Ce atom has two kinds of variable valence (Ce4+ and Ce3+), which can prevent the recombination of electrons and holes. The photocatalytic properties of TiO2 can be improved by Ce/S co-doping.

曾凡菊, 谭永前, 梁冬梅, 岳莉, 张颂, 韩伟超, 杨永亮. Ce/S共掺杂锐钛矿型TiO2的第一性原理研究[J]. 激光与光电子学进展, 2016, 53(6): 061601. Zeng Fanju, Tan Yongqian, Liang Dongmei, Yue Li, Zhang Song, Han Weichao, Yang Yongliang. Study on First-Principle of Ce/S Co-Doped Anatase TiO2[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2016, 53(6): 061601.

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