稀磁半導(dǎo)體銳鈦礦二氧化鈦摻雜改性的第一性原理研究.pdf

1、近些年，二氧化鈦(TiO2)光催化材料已被深入地研究。二氧化鈦由于其特殊的光學(xué)和電子特性已經(jīng)成為材料科學(xué)領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。二氧化鈦材料還具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無毒性、超親水性、非遷移性和能與食品直接接觸等特性。因此，它被廣泛應(yīng)用于抗紫外線材料、紡織、光催化觸媒、自潔凈玻璃、防曬霜、涂料、油墨、食品包裝材料、造紙工業(yè)和航天工業(yè)。二氧化鈦材料具有非常廣闊的發(fā)展前景，對它的研究和利用將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益并改變?nèi)藗兊纳睢?br>　

2、　然而，二氧化鈦具有較大的禁帶寬度(銳鈦礦型二氧化鈦為3.2 eV，金紅石型二氧化鈦為3.0eV)，因此只有在紫外線照射下才能激發(fā)。我們知道，地球表面的太陽光譜中僅有5％的紫外線。為了改善二氧化鈦的光催化活性，使其在可見光輻射下也能夠吸收，研究人員發(fā)現(xiàn)了兩種主要方法，那就是往二氧化鈦中摻雜兩種類型的元素，過渡金屬元素和非金屬元素，而前者是更有效的方法。到目前為止，二氧化鈦已經(jīng)被摻雜了形形色色的過渡金屬，包括銅、銀、金、釩、鉻、鐵、鈷、鎳

3、、鈮、鉬以及錳。摻雜這些過渡金屬可以有效地延長二氧化鈦對可見光的光響應(yīng)范圍，因?yàn)檫@種做法可以在二氧化鈦的禁帶中建立雜質(zhì)能級，以便有效地分離電子和空穴，從而延長載體的壽命。
　　這些年研究人員對錳摻雜的二氧化鈦材料已有一些研究，錳摻雜的二氧化鈦材料比純凈的二氧化鈦材料在可見光下具有更高的光催化降解效率。而在體系表面吸附氟原子后，整個(gè)體系的穩(wěn)定性及磁特性都會有變化。因此對吸氟摻錳二氧化鈦的研究具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。
　　我們采用第

4、一性原理計(jì)算，研究了摻雜兩個(gè)錳原子的二氧化鈦結(jié)構(gòu)特性。其中，我們用錳原子取代了鈦原子，以研究以下兩點(diǎn):(1)錳離子具有更好的摻雜效果，(2)氟原子吸附的銳鈦礦型二氧化鈦表面能產(chǎn)生鐵磁性。當(dāng)摻錳二氧化鈦體系表面吸附氟原子后，對于所有的摻雜組態(tài)，鐵磁性(FM)的耦合都比反鐵磁(AFM)的耦合更穩(wěn)定。錳離子的磁矩降低，而那些處在體系表面上的氧原子的磁矩卻增大。氧原子的磁矩主要來自自旋極化軌道Px和Py。氟原子的吸附會促進(jìn)錳原子的摻雜，并在一定