N-Al共掺杂锐钛矿型TiO2电子结构的GGA+U方法计算

材料科学与工程学报, 2015, 33(6): 791-926. doi: 10.14136/j.cnki.issn 1673-2812.2015.06.003

N-Al共掺杂锐钛矿型TiO2电子结构的GGA+U方法计算

郑永杰 ^1, , 胡义 ^2, , 荆涛 ^3, , 田景芝 ^4,

1.齐齐哈尔大学化学与化工学院,黑龙江齐齐哈尔,161006

2.齐齐哈尔大学化学与化工学院,黑龙江齐齐哈尔,161006

3.齐齐哈尔大学化学与化工学院,黑龙江齐齐哈尔,161006

4.齐齐哈尔大学化学与化工学院,黑龙江齐齐哈尔,161006

基金项目: 黑龙江省自然科学基金面上资助项目(B201422),黑龙江省自然科学基金青年资助项目(QC2010121)

关键词：锐钛矿型TiO2 , N-Al共掺杂 , GGA+U

Calculations on the Electronic Structures of N-Al Codoped Anatase TiO2 by GGA+U Methods

Keywords： Anatase TiO2 , N-Al Codoping , GGA+U

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.

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