Co 掺入 PbTiO$_3$ 诱导的双钙钛矿结构：来自 DFT 与实验固态 NMR 谱的见解

通过理论与实验相结合，探究了 Co 掺入对 PbTiO$_3$ 化学与电子结构的影响。钴在溶胶–凝胶过程中掺入 PbTiO$_3$。纯样品的 XRD 数据确认了钙钛矿结构。随着 Co 掺入增加，XRD 谱线展宽并出现类立方特征。XRD 图谱的变化被解释为双钙钛矿结构的形成。$^{207}$Pb NMR 测量揭示在 Co 存在下各向同性分量增长。与实验一致，DFT 计算的化学位移值证实了 Pb 的各向同性配位，表明制备样品中形成了立方 Pb$_2$CoTiO$_6$ 畴。最先进的杂化泛函第一性原理计算表明形成了立方结构 Pb$_2$CoTiO$_6$，并确认 Co 掺入可显著降低氧结合能。实验 UV-Vis 光谱结果表明，随着 Co 的加入，带隙向可见波长移动，这被能带与吸收谱计算所证实。氧结合能由程序升温还原 (TPR) 测量确定。随着 Co 加入，TPR 谱线移向更低温度且 TPR 图谱中出现新特征。该移动被解释为氧–钴键强度的减弱。Co 插入引起氧空位形成能与键长的改变所导致的电子结构变化由 DFT 计算确定。