羟基磷灰石中涉及氧空位的亚带隙吸收机制
材料科学
2019-03-05 v1
摘要
羟基磷灰石（HAp）是一种广泛用于制备骨和牙植入物的生物材料。尽管HAp在医学中具有重要性，但涉及将该材料作为生物相容性光催化剂的激动人心的应用，取决于我们对其基本性质的理解程度。实验证据表明，在HAp暴露于紫外线（UV）时，氧空位在表面自由基的产生中起着关键作用。然而，关于其潜在的物理和化学细节知之甚少。我们在平面波形式下，对大型HAp超胞中氧空位的结构和电子性质进行了混合密度泛函研究。我们发现，在平衡条件下，空位以简单的氧空位点（中性电荷态）或取代若干晶体部分的扩展结构（双正电荷态）形式出现。电离时的大原子弛豫使氧空位成为负缺陷，其中单正电荷态是亚稳态，仅在UV激发下才能达到。通过检查跃迁能级，我们发现电子从价带顶到空位施主态的跃迁涉及3.6-3.9 eV的零声子跃迁。这一机制最有可能解释了在持续UV光照下使用HAp观察光催化时的3.4-4.0 eV吸收起始。
引用
@article{arxiv.1903.00992,
title = {Sub-Band-Gap Absorption Mechanisms Involving Oxygen Vacancies in Hydroxyapatite},
author = {Vladimir S. Bystrov and Leon A. Avakyan and Ekaterina V. Paramonova and José Coutinho},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.00992},
year = {2019}
}