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磷掺杂金红石TiO2电子结构的第一性原理研究

First-principles Study on the Rutile TiO2 Doped with Phosphorus

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【作者】 宋桥台杨苹王锦标鲁雄黄楠

【Author】 SONG Qiao-tai,YANG Ping,WANG Jin-biao,LU Xiong,HUANG Nan(Key Lab.of Advanced Materials Technology of Education Ministry,Key Lab.of Artifical Organ Surface Engineering of Sichuan,School of Material Science and Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

【机构】 西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室四川省人工器官表面工程重点实验室西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室四川省人工器官表面工程重点实验室 四川成都610031四川成都610031

【摘要】 TiO2作为一种光催化材料,具有广阔的应用领域。近几年,利用掺杂改性来改善TiO2光催化性已成为当今研究的热点。本文采用第一性原理方法和超晶胞模型计算了磷元素掺杂金红石相TiO2的电子结构,并分析了三种不同掺杂位置的电子结构对TiO2光催化性能的影响。计算结果表明,P置换O和P在晶格间隙位置的掺杂对TiO2的带隙影响比较明显,在带隙中均形成了中间掺杂能级,都有可能使TiO2吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,但P在晶格间隙位置的掺杂所形成的中间掺杂能级比较平稳,有可能改善TiO2光催化性能,其中磷原子的3p态起了重要作用。

【Abstract】 TiO2 as a photocatalysis material is applied widely in many fields.For recent years,doping modification had become an important method to improve the photocatalysis property of TiO2.In this article,the band structures and state density of phosphorus(P)-doped Rutile titanium dioxide(TiO2) studied by first-principles simulation with the CASTEP code(Segall et al.,2002) has been used to analyze the effect of three doping positions of P on the capability of photocatalysis.The calculation shows that it has a noticeable effect on the band gap of the rutile TiO2 when phosphorus atom displaced oxygen atom or lain at the interstitial site,and they formed the additional states in the band gap.Only when P doped at the interstitial site,the energy of the additional states in the band gap is more flat.In this case,it is possible to improve the photocatalysis property of TiO2.So,It can be suggested that the 3p state of the phosphorus atom plays a significant role in the photoresponse of TiO2 under visible light irradiation.

【基金】 国家“973”计划课题(2005CB623904);国家自然科学基金资助项目(20603027、30570502)
  • 【文献出处】 材料科学与工程学报 ,Journal of Materials Science and Engineering , 编辑部邮箱 ,2008年03期
  • 【分类号】O641.1
  • 【被引频次】12
  • 【下载频次】527
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