硼氮掺杂与未掺杂 TiO2 纳米结构的稳定性及电子性质
材料科学
2010-01-18 v1
摘要
我们通过将纳米结构变化与掺杂相结合，解决了 TiO2 光催化的主要挑战之一——带隙窄化。为此，我们利用密度泛函理论中的不同近似以及 GW 计算，比较了 TiO2 在小尺寸 0D 团簇、1D 纳米棒和纳米管、2D 层以及 3D 表面和体相中的电子性质。特别地，我们提出了尺寸极小（R < 0.5 nm）但稳定性出乎意料的纳米管，其性质颇具前景。这些纳米管最初由具有 PtO2 结构的 TiO2 层形成，其中最小的 (2,2) 纳米管弛豫为金红石纳米棒结构。我们发现，量子限域效应通常会导致能隙展宽，这与预期一致。然而，硼或氮的替位掺杂会产生（亚）稳定结构，并引入掺杂态和带隙中间态，从而有效减小带隙。硼始终表现为 n 型掺杂，而氮根据局域键合几何结构的不同，可能表现为 n 型或 p 型掺杂。对于团簇、纳米棒、纳米管、层和表面中存在的欠配位 TiO2 表面结构，氮引入受主态；而对于较大团簇和体相结构，则引入施主态。
引用
@article{arxiv.1001.2573,
title = {Stability and Electronic Properties of TiO2 Nanostructures With and Without B and N Doping},
author = {D. J. Mowbray and J. I. Martinez and J. M. García-Lastra and K. S. Thygesen and K. W. Jacobsen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1001.2573},
year = {2010}
}