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非金属元素掺杂锐钛矿TiO2（101）表面对提升NH3光学气敏传感特性的影响

论文摘要

本文采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO2（101）表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后表面的氧化还原能力,分析对NH3分子吸附的微观机理,研究杂质掺入对光学传感特性的影响.结果表明:非金属元素是比较容易掺入到锐钛矿TiO2（101）表面,掺杂表面对NH3分子吸附较未掺杂的表面要好,表面吸附NH3分子后,吸附距离都出现缩短,C-N元素掺杂后吸附距离最小且吸附能最大;通过Mulliken电荷布居分布分析,C掺杂提升了表面的氧化性,N元素对表面的氧化性提升不明显,而F掺杂降低了表面的氧化性;通过态密度分析可知,C掺杂在禁带中产生了受主能级,而N掺杂提高了价带顶的电子态密度,F掺杂在导带底产生了施主能级;通过光学性质的分析可知:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应,使材料对570 nm～760 nm范围内的可见光吸收提高了大约3.5倍;而C-N双掺杂体系,使材料对400 nm～570 nm范围内的可见光吸收提高了大约3倍.总的来说,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性.

论文目录

  • 1 引 言
  • 2 模型构建与计算方法
  •   2.1 模型构建
  •   2.2 计算方法
  • 3 计算结果与讨论
  •   3.1 表面结合能
  •   3.2 吸附模型及吸附能
  •   3.3 Mulliken电荷布居分布
  •   3.4 电子态密度
  •   3.5 光学性质
  •     3.5.1 介电函数
  •     3.5.2 吸收谱
  • 4 结果与结论分析

    • 文章来源

    类型: 期刊论文

    作者: 周清斌,冯庆,周康,田芸,刘鹏

    关键词: 光学性质,第一性原理,锐钛矿,分子,表面掺杂

    来源: 原子与分子物理学报 2019年01期

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 无机化工,材料科学

    单位: 重庆市光电功能材料重点实验室,重庆师范大学光学工程重点实验室

    基金: 国家自然科学基金(61274128),重庆市自然科学基金(2014jcyjA50015)

    分类号: TQ134.11;TB34

    页码: 142-150

    总页数: 9

    文件大小: 2356K

    下载量: 157

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    本文来源: https://www.lunwen66.cn/article/cbfe7d880b061da3ebabe26b.html