TiO-,2-和ZnS摻雜系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)有銳鈦礦、金紅石和板鈦礦三種結(jié)構(gòu)，其中銳鈦礦二氧化鈦的光催化活性最好，在環(huán)保和化工領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。銳鈦礦二氧化鈦的帶隙為3.23eV，對(duì)應(yīng)的光波波長為383nm，位于紫外光區(qū)，因此太陽光的利用率較低。通過摻雜改性，將二氧化鈦的光學(xué)吸收邊移至可見光區(qū)，可以提高二氧化鈦的光催化活性。
　　 硫化鋅(ZnS)是Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料，它可以發(fā)出黃、綠兩種基色光，適于探測器、傳感器、納米激光器等的制作，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈預(yù)

2、警、火焰探測、電暈探測以及太空通訊等領(lǐng)域。純ZnS的帶隙為3.67eV，對(duì)應(yīng)的光波波長為339nm，而日盲區(qū)紫外線探測器的截?cái)嗖ㄩL要求小于280nm，因此有必要制備帶隙更寬的ZnS基材料。
　　 本文利用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了Sc摻雜、存在氧空位以及Sc和氧空位共摻銳鈦礦TiO2系統(tǒng)、Mg摻雜ZnS系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，并與可能的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較，結(jié)果相符。
　　 論文的主要內(nèi)容如下。
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3、1)介紹了TiO2和ZnS的結(jié)構(gòu)、基本性質(zhì)、應(yīng)用以及研究現(xiàn)狀。簡要介紹了密度泛函理論和我們的計(jì)算工具-ABINIT軟件包。
　　 (2)計(jì)算了Sc摻雜、存在氧空位以及Sc和氧空位共摻銳鈦礦TiO2系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，純TiO2為間接帶隙半導(dǎo)體，其價(jià)帶主要來源于O2p態(tài)的貢獻(xiàn)，導(dǎo)帶主要來源于Ti3d態(tài)的貢獻(xiàn)。Sc摻雜對(duì)系統(tǒng)的主要貢獻(xiàn)在價(jià)帶區(qū)，在可見光區(qū)有明顯的光吸收；氧空位可以使系統(tǒng)發(fā)生莫特相變，由半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?/p>

4、；對(duì)于Sc和氧空位共摻的情況，當(dāng)氧空位與Sc的摻雜位置相鄰時(shí)，系統(tǒng)在可見光區(qū)有新的吸收峰，但其強(qiáng)度比單獨(dú)摻雜Sc時(shí)??；當(dāng)氧空位與Sc的摻雜位置不相鄰時(shí)，系統(tǒng)在可見光區(qū)的吸收相干加強(qiáng)，從而可以明顯地改善系統(tǒng)在可見光區(qū)的光催化活性。
　　 (3)計(jì)算了Mg摻雜ZnS系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，純ZnS為直接帶隙半導(dǎo)體，價(jià)帶主要來源于S3p態(tài)的貢獻(xiàn)，導(dǎo)帶主要來源于Zn4s態(tài)的貢獻(xiàn)。對(duì)于Mg摻雜ZnS系統(tǒng)，隨著摻雜濃度的增大，系