利用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了輕稀土摻雜TiO₂（101）面的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì),并討論了其內(nèi)部的微觀機(jī)制.研究結(jié)果表明:稀土摻雜TiO₂（101）面時(shí),摻雜原子誘導(dǎo)摻雜體系的價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底出現(xiàn)了顯著的不對(duì)稱,摻雜體系形成了兼并型的P型或N型半導(dǎo)體.摻雜體系的價(jià)帶和導(dǎo)帶出現(xiàn)了明顯的移動(dòng),平均帶隙相比未摻雜體系均出現(xiàn)了不同程度的增加,但是在帶隙中出現(xiàn)了淺雜質(zhì)能級(jí).稀土原子替代O原子或以插入原子形成摻雜體系的光吸收強(qiáng)度明顯高于稀土原子替代Ti原子形成的摻雜體系.La@O13體系和Ce@O13體系的光吸收能力最強(qiáng),其可以歸因于凈磁矩的產(chǎn)生和淺雜質(zhì)能級(jí)的形成,從而致使電子空穴對(duì)的產(chǎn)生和分離,進(jìn)一步提高了摻雜體系在可見光區(qū)域的光催化吸收強(qiáng)度.研究結(jié)果可為二氧化鈦在光電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)提供有益的理論依據(jù). 

【文章來(lái)源】：云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,42(03)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

稀土摻雜體系的介電函數(shù)Fig.4Dielectricfunctionsofrareearthdopedsystems最大，比未摻雜體系的值增大了未摻雜體系系在可見光區(qū)的吸收強(qiáng)度均有明顯的提升

于能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和介電函數(shù)的分析可知，摻雜模型在可見光區(qū)光催化強(qiáng)度的增加主要因素包括2個(gè)方面.一方面，稀土原子摻雜TiO2(101)面時(shí)，誘導(dǎo)形成兼并型的P型或N型的半導(dǎo)體，使得摻雜體系的價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底出現(xiàn)了顯著的不對(duì)稱，誘導(dǎo)了偶極矩和凈磁矩的產(chǎn)生，從而進(jìn)一步促使光生電子空穴對(duì)的有效分離.另一方面，稀土摻雜體系的帶隙中出現(xiàn)了雜質(zhì)能級(jí)，雜質(zhì)能級(jí)的出現(xiàn)可以形成電子躍遷的階梯，從而降低價(jià)圖4稀土摻雜體系的介電函數(shù)Fig.4Dielectricfunctionsofrareearthdopedsystems圖5稀土未摻雜和摻雜TiO2(101)體系的吸收譜Fig.5AbsorptionspectraofpureandrareearthdopedTiO2(101)systems第42卷李東翔等：輕稀土摻雜TiO2(101)面的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的理論研究541


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