轻稀土掺杂TiO 2 （101）面的电子结构和光学性质的理论研究

发布时间：2021-09-23 02:03

　　利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了轻稀土掺杂TiO₂（101）面的电子结构和光学性质,并讨论了其内部的微观机制.研究结果表明:稀土掺杂TiO₂（101）面时,掺杂原子诱导掺杂体系的价带顶和导带底出现了显著的不对称,掺杂体系形成了兼并型的P型或N型半导体.掺杂体系的价带和导带出现了明显的移动,平均带隙相比未掺杂体系均出现了不同程度的增加,但是在带隙中出现了浅杂质能级.稀土原子替代O原子或以插入原子形成掺杂体系的光吸收强度明显高于稀土原子替代Ti原子形成的掺杂体系.La@O13体系和Ce@O13体系的光吸收能力最强,其可以归因于净磁矩的产生和浅杂质能级的形成,从而致使电子空穴对的产生和分离,进一步提高了掺杂体系在可见光区域的光催化吸收强度.研究结果可为二氧化钛在光电子器件领域的应用开发提供有益的理论依据. 

【文章来源】：云南大学学报(自然科学版). 2020,42(03)北大核心CSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

稀土掺杂体系的介电函数Fig.4Dielectricfunctionsofrareearthdopedsystems最大，比未掺杂体系的值增大了未掺杂体系系在可见光区的吸收强度均有明显的提升

于能带结构、态密度和介电函数的分析可知，掺杂模型在可见光区光催化强度的增加主要因素包括2个方面.一方面，稀土原子掺杂TiO2(101)面时，诱导形成兼并型的P型或N型的半导体，使得掺杂体系的价带顶和导带底出现了显著的不对称，诱导了偶极矩和净磁矩的产生，从而进一步促使光生电子空穴对的有效分离.另一方面，稀土掺杂体系的带隙中出现了杂质能级，杂质能级的出现可以形成电子跃迁的阶梯，从而降低价图4稀土掺杂体系的介电函数Fig.4Dielectricfunctionsofrareearthdopedsystems图5稀土未掺杂和掺杂TiO2(101)体系的吸收谱Fig.5AbsorptionspectraofpureandrareearthdopedTiO2(101)systems第42卷李东翔等：轻稀土掺杂TiO2(101)面的电子结构和光学性质的理论研究541


本文编号：3404808