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过渡金属Cu、Cr掺杂TiO₂表面氧化性气体NO₂光学气敏传感特性

周康, 冯庆, 田芸, 李科, 周清斌

计算物理 2018, 35 (6): 702-710. DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7777

摘要（409）

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PDF （12001KB）（1425）

采用密度泛函理论（DFT）体系广义梯度近似（GGA）第一性原理平面波超软赝势方法，分析锐钛矿型TiO₂（101）表面吸附NO₂分子光学气敏传感的微观机理.结果表明：Cu和Cr原子易于掺入TiO₂（101）表面，掺杂表面能稳定地吸附NO₂分子且吸附后光学性质发生显著变化.表面吸附NO₂分子后，Cu掺杂TiO₂（101）表面对分子的吸附能最大，吸附后结构更稳定，分子与表面的距离最短.通过分析差分电荷密度和电荷布居数发现，NO₂分子与基底表面间发生电荷转移，转移电子数目：Cu掺杂表面 > Cr掺杂表面 > 无掺杂表面.对比吸收光谱和反射光谱发现，在Cu掺杂表面吸附分子后，光学性质变化最明显，说明表面与吸附分子间氧化还原能力是决定光学气敏传感性能的核心因素.在过渡金属中，Cu与Cr都有4s价电子结构，其4s电子降低了材料表面氧空位的氧化性，增加了其还原性.对于氧化性气体，可以提升表面与分子的氧化还原作用，而Cu的4s电子更加活泼，从而光学气敏传感特性更加明显.因此，Cu掺杂的TiO₂对氧化性气体是一种较好的光学气敏传感材料.

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Cu与非金属双受主能级协同作用对TiO₂光学特性的影响

陈小雨, 冯庆, 周晴

计算物理 2017, 34 (1): 99-108.

摘要（450）

HTML （0）

PDF （4182KB）（1923）

采用基于密度泛函理论（DFT）体系下的第一性原理平面波超软赝势方法，研究纯锐钛矿相TiO₂在3d金属杂质Cu与非金属杂质C、N、F单掺及共掺情况下受主能级的协同作用.模拟计算掺杂前后的晶体结构、结合能、缺陷形成能、能带结构、分态密度及光学性质.结果发现：Cu-N共掺杂体系和Cu、N单掺杂体系对可见光的利用比其它体系好.Cu-N共掺体系与Cu、N分别单掺体系相比，有更小的禁带宽度，且浅受主能级上出现了更大的态密度分布.对光学性质的研究发现，Cu-N共掺体系有最高的吸收系数和反射率，因此，该体系对可见光的利用效果最好.其原因是Cu与N元素分别产生受主能级协同作用导致对可见光的响应效果最理想.

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N-S共掺杂金红石相TiO₂电子结构与光学性质的第一性原理研究

冯庆, 王寅, 王渭华, 岳远霞

计算物理 2012, 29 (4): 593-600.

摘要（264）

PDF （2567KB）（1221）

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究N和S单掺杂以及N和S共掺杂金红石相TiO₂的能带结构,态密度和光学性质.结果表明:N掺杂导致禁带宽度减小为1.43 eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.32 eV;N和S共掺杂导致能带结构中出现了两条杂质能带,靠近导带的一条杂质能级距离导带底约0.35 eV,靠近价带的一条杂质能级距离价带顶约0.85 eV,杂质能级主要由N原子的2p轨道和S原子的3p轨道组成.N和S掺杂后不但使TiO₂的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,光催化活性增强.

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