无掺杂Nb3O7(OH)晶体结构、光学、输运与光催化性质的能带工程研究：基于DFT的系统性分析
材料科学
2025-02-17 v1
摘要
Nb3O2(OH)因其化学稳定性、能带位置及大量活性晶格位点，已成为高度吸引人的光催化剂。与其他各种光催化半导体相比，其合成工艺较为容易。本文系统分析了无掺杂及掺杂Nb3O7(OH)，综述了近期相关研究中的建模方法与计算技术，重点考察其结构性质、缺陷工程及能带工程。研究表明，Trans-Blaha修正Becke Johnson近似(TB-mBJ)是处理无掺杂及Ta/Sb掺杂Nb3O7(OH)光电性质的有效方法。所有系统的结构优化均采用广义梯度近似(GGA)。同时，考虑到Ta/Sb掺杂体系中Ta f轨道与Sb d轨道的自旋轨道(SO)耦合效应。掺杂会导致能带位置变化并重新定位费米能级，即价带最大和导带最小均被重新定位，从而将带隙从1.7 eV(无掺杂)减小至Ta掺杂为1.266 eV/Sb掺杂为1.203 eV。此外，掺杂体系可将光学阈值位移至可见光区。对有效质量和电导率等输运性质的计算表明，掺杂Ta/Sb原子后载流子迁移率显著增大。掺杂后Nb3O7(OH)带隙减小及光学性质向可见光区红移，表明其在光催化活性和光电化学太阳能电池中具有潜在应用前景。
引用
@article{arxiv.2502.09966,
title = {Band Structure Engineering, Optical, Transport, and Photocatalytic Properties of Pristine and Doped Nb3O7(OH): A Systematic DFT Study},
author = {Wilayat Khan and Alishba Tariq and Jan Minar and Sawera Durrani and Abdul Raziq and Sikander Azam and Khalid Saeed},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.09966},
year = {2025}
}
备注
Final submited version, postprint