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。     

Pt掺杂锐钛矿相TiO2光催化剂的微观机理研究

采用第一性原理平面波超软赝势方法研究了Pt掺杂锐钛矿相TiO2的晶体结构、电子结构和光学性质,结果表明,Pt掺杂后锐钛矿相TiO2晶格产生崎变,晶胞体积增大晶胞内部八面体偶极矩增加;Pt5d轨道与02p轨道、Ti3d轨道杂化,分别在价带顶和导带底产生杂质能级,禁带宽度变小,光吸收带边红移至可见光区.理论计算结果与文献报...     

Gd掺杂锐钛矿型二氧化钛的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)平面波超软赝势方法并选择GGA水平上的PW91相关能泛函,模拟计算了Gd掺杂前后锐钛矿型TiO2的几何结构、能带结构、态密度和光吸收系数,并与实验结果进行比较。结果表明:Gd掺杂锐钛矿型TiO2晶体后,对称性不变,晶格常数变大,价带顶部主要由O-2p和Gd-4f轨道上的电子共同构成,导带底部主要由Ti-3d轨道上的电子构成;主要由于价带上移使得禁带宽度(Eg)变小,TiO2吸收带边红移,可见光区的光吸收强度增加。可见,Gd掺杂有助于提高TiO2催化剂的光催化活性,扩展其光响应范围。     

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。     

金属掺杂锐钛矿相TiO_2的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的从头算平面波超软赝势方法,计算了纯锐钛矿相TiO2及5种不同金属掺杂TiO2的晶格常数、能带结构、态密度与光吸收系数。结果表明,掺杂后能级的变化主要是过渡金属Co3d、Fe3d、Zr4d、Zr4p、V3p、V3d、W5d及W5p轨道的贡献。随着Co、Fe、V掺杂浓度的增加,禁带宽度呈减小趋势;Zr掺杂对能带结构几乎不产生影响;W掺杂能级远离禁带,只对价带构成产生了影响。金属掺杂使禁带宽度变化或出现新杂质能级,导致了TiO2吸收边沿红移或在可见光区域出现新的吸收峰;其中Co、Fe掺杂的吸收边沿明显红移,而W掺杂时在可见光区域出现较强的吸收峰。     

N,Cr共掺锐钛矿TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理的平面波赝势方法研究了N、Cr单一掺杂及共掺杂锐钛矿TiO_2的能带结构、态密度和光学性质。结果表明,N单一掺杂体系中N2p杂质轨道交叠在费米能级上;Cr单一掺杂体系中杂质能级主要由O2p和Cr3d轨道杂化贡献;N、Cr共掺杂致使导带及价带相对费米能级明显下降,同时在原禁带基础上形成了新的杂质能级、禁带宽度减小,锐钛矿TiO_2的光吸收带红移,其吸收系数增大、能量损失缩小,有效增强了锐钛矿TiO_2的光催化效率。     

N-Al共掺杂锐钛矿型TiO_2电子结构的GGA+U方法计算

本文基于密度泛函理论(DFT)的GGA+U方法,应用Materials Studio 5.0软件包中的CASTEP程序模拟计算了Al掺杂锐钛矿型TiO2和N-Al共掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构。计算结果表明:Al掺杂和N-Al共掺杂均能够降低TiO2的带隙值。Al掺杂是由于Al的3s和3p态使导带底端下移而导致TiO2的带隙变窄;而N-Al共掺杂由于在体系中引入了N2p态,使导带底端向能量更低的方向移动,比Al单独掺杂时具有更低的带隙值。该研究结果很好地解释了Al掺杂以及N-Al共掺杂诱使TiO2的导带底端下移,禁带宽度减小,导致光谱响应范围红移的内在原因。     

Al和S共掺杂金红石型TiO2第一性原理研究

利用密度泛函理论体系下的第一性原理平面波超软赝势法,研究Al单掺杂和S单掺杂以及Al/S共掺杂金红石相TiO_2的能带结构、态密度和光学性质。结果表明:Al单掺杂导致禁带宽度减小为1.79eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S单掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.816eV;Al/S共掺杂导致能带结构中出现了3条杂质能带,直接带隙约0.841eV,杂质能级主要由Al原子的3p轨道和S原子的3p轨道组成。Al/S共掺杂后使TiO_2的吸收带产生红移,在可见光区具有较大的吸收系数,能够增强电子传输能力和抑制电子空穴对复合。     

Cu(Ⅱ)掺杂锐钛矿TiO_2第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波赝势(PWPP)方法,模拟计算了Cu(II)掺杂锐钛矿TiO2,讨论了Cu(II)掺杂对锐钛矿的晶体结构、能隙、态密度等的影响。结果表明Cu(II)掺杂锐钛矿TiO2晶体后,Cu-3d与O-2p轨道上的电子发生强烈关联作用,使O-2p轨道发生分裂,禁带宽度(Eg)变小,TiO2的吸收带红移,从而有助于TiO2的光催化活性。     

非金属阳离子掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了非金属阳离子掺杂锐钛矿相TiO2的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明掺杂后发生的晶格畸变、原子间的键长及原子的电荷量的变化,导致了晶体中的八面体偶极矩增大,使光生电子-空穴对能有效分离; 掺杂离子的p态电子与O2p态、Ti3d态杂化形成杂质能级、价带宽化,从而导致TiO2的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些计算结果很好地解释了非金属阳离子掺杂锐钛矿相TiO2在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.     

K掺杂立方相Ca2Si电子结构及光学性能的研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,采用广义梯度近似（GGA）对掺K的立方相Ca2Si的电子结构和光学性能,包括能带结构、态密度、介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率及能量损失函数进行理论计算,结果表明,掺K后立方相Ca2Si的能带向高能方向发生了偏移,形成直接带隙的P型半导体,禁带宽度为0.6230eV,光学带隙变宽,价带主要是Si的3p、Ca的4s、3d以及K的3p、4s态的贡献;静态介电函数ε1（0）=14.4;折射率n0=3.8;吸收系数最大峰值为3.47×105cm-1。通过掺杂调制材料电子结构和光电性能,为Ca2Si材料光电性能的开发与应用提供了理论依据。     

四面体掺杂尖晶石结构Co1-xRexCr2O4(Re=Li、Na、K、Rb)的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法, 计算了CoCr₂O₄及Li、Na、K和Rb四面体掺杂CoCr₂O₄的基态结构、电子结构和光学性质。计算结果表明: 一价离子四面体掺杂都导致晶格有微小的畸变, 使体系的稳定性降低, Rb掺杂的体系最稳定; 电子态密度的计算结果表明: 掺杂体系的导带主要有Co-3d和Cr-3d轨道电子构成, 掺杂离子改变了CoCr₂O₄导带的电子结构, 主要引起了导带Co-3d态密度峰的下移, 随着掺杂浓度的增大, 费米能级进入价带更深; 光学性质计算表明: 掺杂体系的吸收光谱发生红移, 并在低能区有很强的吸收, 表明掺杂能极大地提高CoCr₂O₄对可见光的吸收和光催化效率。     

理论分析Ca位掺杂对Ca_3Co_2O_6电子结构的影响

通过建立原子簇模型,运用密度泛函离散变分法讨论了Ca3Co2O6及掺Sr体系的电子结构与化学键。掺Sr前后价带和导带之间的能隙宽度表现出半导体特征,且掺Sr后能隙变窄,价带和导带主要由Co3d和O2p轨道贡献,表明一维Co-O链在电学性能方面起主导作用。通过对化学键分析可知,掺Sr后有利于降低Co-O链的键性。由此可知,掺Sr有利于改善Ca3Co2O6的热电性能。     

Ca2Si电子结构和光学性质的研究

采用第一性原理赝势平面波方法系统的计算了Ca2Si电子结构和光学性质，其中包括能带、态密度、介电函数、复折射率、吸收系数、光电导率和能量损失函数。计算结果显示Ca2Si是典型的半导体，正交相结构有一个直接的带隙，并且光学性质显示出各向异性。Ca2Si立方相的计算结果也显示是直接带隙半导体，并且有很高的振子强度。从能带和态密度的计算结果判断出它们的光学性质主要由Si的3p态电子向Ca的3d态的带间跃迁所决定。     

OsSi2电子结构及介电性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了硅基异质外延的OsSi_2的电子结构和介电性能。结果表明,在1.010nm≤a≤1.030nm范围内,OsSi_2始终为间接带隙的能带结构,且带隙值随晶格常数a的增大而逐渐减小;当晶格常数a为1.020nm时,体系处于稳定平衡态,此时OsSi_2具有0.625eV的间接带隙能量值;OsSi_2的价带主要由Os的5d、5p和Si的3s、3p态电子构成,导带主要由Si的3s、3p和Os的5d、6s态电子构成;OsSi_2在外延稳定平衡态及其附近的介电函数实部和虚部变化趋近一致,与块体OsSi_2相比,OsSi_2在外延稳定平衡态下的介电函数曲线相对往低能区飘移,OsSi_2的介电峰减少且介电峰强度明显增强。     

Electronic and structural properties of BaTe

We present the results of a theoretical study of the structural and electronic properties of BaTe, using first principle pseudopotential plane wave (PP-PW) and full potential linear augmented plane wave (FP-LAPW) methods. In both approaches the generalized gradient approximation (GGA) was used for the exchange-correlation potential. In the case of PP-PW we repeated the calculation using local density approximation (LDA). Our calculated values for the structural parameters, metallization and structural transition pressures are in reasonable agreement with experimental results. Although the calculated band gap within GGA shows substantial improvement over LDA, it is still lower than the measured ones. There is a speculation that at least part of this discrepancy is due to the discontinuity inherent in the exchange-correlation potential. The partial contribution from each atom to the total density of states is calculated. It is seen that the lower valence bands are mainly formed by s orbitals of Te, while the upper valence bands are formed by the p orbitals of Te. Empty states of the conduction bands are mainly formed by d orbitals of Ba.     

The electronic and optical properties of Eu/Si-codoped anatase TiO(2) photocatalyst

The electronic and optical properties of Eu/Si-codoped anatase TiO(2) are investigated using the density functional theory. The calculated results show that the synergistic effects of Eu/Si codoping can effectively extend the optical absorption edge, which can lead to higher visible-light photocatalytic activities than pure anatase TiO(2). To verify the reliability of our calculated results, nanocrystalline Eu/Si-codoped TiO(2) is prepared by a sol-gel-solvothermal method, and the experimental results also indicate that the codoping sample exhibits better absorption performance and higher photocatalytic activities than pure TiO(2).     

射频功率占比对氮掺杂二氧化钛薄膜性能的影响

本研究主要利用射频耦合直流磁控溅射技术,在室温下用TiO₂陶瓷靶在玻璃基底上制备N掺杂到TiO₂薄膜。同时也利用光学轮廓仪、X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外可见光分光光度计研究了不同射频功率占比对薄膜的微观结构和光学性能的影响。实验结果表明:随着射频功率的增加,薄膜的沉积速率增加,薄膜的结晶性变优,晶粒尺寸变大,N掺入的比例增加,Ti的价态出现未完全氧化的Ti³⁺,薄膜的禁带宽度也相应地减小,N掺杂TiO₂薄膜的吸收边扩展到可见光区域。