Sn掺杂锐钛矿TiO_2薄膜的光催化活性及其能带结构

利用射频磁控溅射技术在载玻片衬底上成功沉积了TiO2薄膜,采用离子注入技术对所制备的TiO2薄膜进行了Sn元素的注入掺杂。在可见光的照射下,以亚甲基蓝染料为降解污染物,考察了Sn注入前后TiO2薄膜的光催化活性。结果表明,Sn离子注入增强了TiO2薄膜在可见光下的光催化活性。利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对Sn掺杂前后TiO2的能带结构进行了计算,发现Sn掺杂并未明显改变锐钛矿相TiO2的能带结构,但是却在TiO2的价带底附近引入了由Sn 5s轨道形成的掺杂能级。     

V-N共掺杂锐钛矿相TiO2电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势(PWPP)方法,对V、N单掺杂及V-N共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构进行了计算,分析了V、N单掺杂及V-N共掺杂对TiO2能带结构、态密度和光吸收性质的影响。结果表明,掺杂后TiO2引入了杂质能级,使其禁带宽度减小,且吸收边红移;相较V、N单掺杂,V-N共掺杂后TiO2由于价带顶和导带底引入了杂质能级,禁带宽度减小幅度更大,从而其吸收边红移的程度也更大。     

Ta掺杂锐钛矿相TiO2的理论分析

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对Ta掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构和光学吸收性质进行计算。结果表明,TiO2中掺杂Ta后,杂质能级与导带底混合,禁带宽度明显减小;杂质能级的引入和禁带宽度的减小使得Ta掺杂锐钛矿相TiO2光吸收在可见光范围内出现明显吸收增强。     

Mg掺杂锐钛矿相TiO_2的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理对不同浓度Mg掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构和光学特性进行理论计算。结果表明,随着Mg掺杂浓度的增大,锐钛矿相TiO2的晶格膨胀程度越大,带隙宽度增大并且吸收边蓝移;不同掺杂浓度下Mg的3s和2p轨道对锐钛矿相TiO2的价带和导带组成贡献较小;在波长约为200⁵95、595595、595⁸00 nm的光区内,Mg掺杂锐钛矿相TiO2的光吸收能力分别减弱和增强。     

Si掺杂锐钛矿相TiO2的电子能带结构

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对Si掺杂前、后锐钛矿相TiO2的电子能带结构、电子态密度以及吸收光谱进行计算。结果表明,Si掺杂导致锐钛矿相TiO2的禁带宽度略增大0.048 eV;掺杂前锐钛矿相TiO2的价带和导带主要由O的2p和Ti的3d轨道构成,Si掺杂后其价带和导带主要由Si的3p、Ti的4s和Ti的3d轨道构成;Si掺杂可导致锐钛矿相TiO2的吸收边蓝移。     

TiO2-xNx薄膜的光催化性能及电子结构研究

在不同的氧气与氮气流量比条件下,利用射频磁控溅射技术在载玻片衬底上成功沉积了TiO2-xNx薄膜。采用亚甲基蓝染料为光降解污染物,考察了薄膜的光催化活性;检测了薄膜的XRD谱和透射光谱;并利用基于密度泛函理论的第一性原理计算了N掺杂锐钛矿相TiO2的能带结构及其在费米能级附近的电子态密度。结果表明,在氧气流量50sccm、氮气流量0.5sccm条件下沉积的TiO2-xNx薄膜的光催化活性最高;与纯TiO2样品相比,N掺杂TiO2样品的晶体结构没有发生改变,吸收边红移;N掺杂使TiO2的禁带宽度减小,电子态密度向低能量方向移动,从而使其光响应范围扩展,光催化活性增强。     

W-N共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对W-N共掺杂锐钛矿相TiO2的能带结构、电子态密度及吸收光谱进行计算。结果表明,W-N共掺杂未改变锐钛矿相TiO2的禁带宽度,仅在TiO2价带顶附近引入N的2p杂质能级,并且掺杂系统的费米能级处于导带之内;W的5d轨道主要对TiO2的价带底下边沿和导带有贡献,N的2p轨道主要对TiO2的价带顶上边沿和禁带内的孤立能级有贡献;W-N共掺杂增强了锐钛矿相TiO2在340~800 nm波长范围内的光吸收能力。     

Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对未掺杂、Fe和S单掺杂及Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构进行计算,分析Fe、S单掺杂及Fe-S共掺杂对锐钛矿相TiO2的晶体结构、能带、态密度和光吸收性质的影响。结果表明,掺杂后TiO2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀;掺杂后TiO2的禁带宽度减小,并在禁带中引入杂质能级,导致TiO2的吸收带边红移;与Fe和S单掺杂相比,Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO2的吸收带边红移程度更大。