过渡金属掺杂增强CeO2的光吸收与氧空位形成：一项DFT研究
材料科学
2020-12-14 v1
摘要
先前的实验与计算工作已表明，用过渡金属掺杂CeO2是调控其性质的有效途径。然而，以往每一项关于CeO2掺杂的研究都仅限于单一或少数几种掺杂剂。本文中，我们利用杂化水平的密度泛函理论（DFT）计算，系统研究了由全部十种3d过渡金属掺杂的CeO2的形成能、结构稳定性与电子性质。我们还考虑了氧空位的形成能及其对电子性质的影响。研究发现，大多数3d过渡金属掺杂剂都能降低CeO2的带隙，其中V和Co掺杂将带隙显著降至2.0 eV以下。此外，所有掺杂剂均能降低氧空位的形成能，而原子序数较高的掺杂剂（尤其是Cu和Zn）在此方面最为有效。由氧空位补偿的掺杂CeO2的电子结构表明，氧空位的存在可进一步降低大多数掺杂剂的带隙，其中V、Cr、Fe、Co、Ni和Cu掺杂的CeO2带隙均小于2.0 eV。这些结果表明，用3d过渡金属掺杂CeO2可增强其在可见光下的光催化性能并提高氧空位浓度，并可为由此设计具有更优光催化与催化性能以及更高离子电导率的CeO2基材料提供有意义的指导。
引用
@article{arxiv.2012.06195,
title = {Enhancement of light absorption and oxygen vacancy formation in CeO2 by transition metal doping: A DFT study},
author = {Zhao Liua and Hongyang Ma and Charles C. Sorrell and Pramod Koshy and Judy N. Hart},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.06195},
year = {2020}
}