钴掺杂锐钛矿二氧化钛能带结构的第一性原理计算-IngentaConnect.PDFVIP

第39 卷第10 期 李 兰等：铂团簇负载锐钛矿二氧化钛纳米管电子结构及光学性质 · 1617 · 第39 卷第10 期 硅 酸 盐 学 报 Vol. 39 ，No. 10 2 0 1 1 年 1 0 月 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY October ，2011 钴掺杂锐钛矿二氧化钛能带结构的第一性原理计算 刘 慧，孙晓君，孙 苗，张 艳，薛宾泰，刘 毅 (哈尔滨理工大学化学与环境工程学院，绿色化工技术黑龙江省高校重点实验室，哈尔滨 150040) 摘 要：基于第一性原理的密度泛函理论，利用平面波超软赝势方法计算了纯锐钛矿相TiO2 及Co 掺杂TiO2 的晶体结构、带隙、态密度及其光吸收 系数。结果表明：掺杂能级的形成主要是Co 的3d 轨道的贡献，Co 的3d 轨道分别参与了价带和导带的组成，形成了杂化轨道，并且在价带和导带之 间形成了新的杂质能级，缩小了带隙；Co 掺杂使TiO2 的光吸收系数阈值发生红移(400 nm) ，并在可见光区表现出一定程度的吸收。 关键词：锐钛矿二氧化钛；钴掺杂；能带结构；态密度 中图分类号：O614.4 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2011)10–1617–05 网络出版时间：2011–09–27 13:49:21 DOI ：CNKI:11-2310/TQ1349.017 网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ1349.017.html First-Principles Calculation on the Band Structure of Co-Doped Anatase TiO2 LIU Hui ，SUN Xiaojun ，SUN Miao ，ZHANG Yan ，XUE Bingtai ，LIU Yi (Key Laboratory of Green Chemical Technology of the University in Heilongjiang, School of Chemistry and Environmental Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150040, China) Abstract: The crystal structure, band gap, density of states and optical absorption coefficient of pure anatase TiO2 and cobalt (Co) doped anatase TiO2 were calculated by a plane-wave ultrasoft pseudopotential method based on the density functional theory of the first-principles. The results show that the formation of doping level is mainly contributed to 3d orbital of Co, which involves in the formation of the valence band and conduction band, leading to the formation of hybrid orbital. An impurity level appears between valence band and conduction band, reducing the band gap. The Co-doped TiO2 exhibited some absorptions in the visible light region and its optical abso