TiO-,2-和ZnS摻雜系統(tǒng)的電子結構和光學性質的研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)有銳鈦礦、金紅石和板鈦礦三種結構，其中銳鈦礦二氧化鈦的光催化活性最好，在環(huán)保和化工領域有重要的應用。銳鈦礦二氧化鈦的帶隙為3.23eV，對應的光波波長為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，廣泛應用于導彈預

2、警、火焰探測、電暈探測以及太空通訊等領域。純ZnS的帶隙為3.67eV，對應的光波波長為339nm，而日盲區(qū)紫外線探測器的截斷波長要求小于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)的電子結構和光學性質，并與可能的實驗進行了比較，結果相符。
　　 論文的主要內容如下。
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3、1)介紹了TiO2和ZnS的結構、基本性質、應用以及研究現狀。簡要介紹了密度泛函理論和我們的計算工具-ABINIT軟件包。
　　 (2)計算了Sc摻雜、存在氧空位以及Sc和氧空位共摻銳鈦礦TiO2系統(tǒng)的電子結構和光學性質。結果表明，純TiO2為間接帶隙半導體，其價帶主要來源于O2p態(tài)的貢獻，導帶主要來源于Ti3d態(tài)的貢獻。Sc摻雜對系統(tǒng)的主要貢獻在價帶區(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，由半導體轉變?yōu)榻饘?/p>

4、；對于Sc和氧空位共摻的情況，當氧空位與Sc的摻雜位置相鄰時，系統(tǒng)在可見光區(qū)有新的吸收峰，但其強度比單獨摻雜Sc時??；當氧空位與Sc的摻雜位置不相鄰時，系統(tǒng)在可見光區(qū)的吸收相干加強，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)計算了Mg摻雜ZnS系統(tǒng)的電子結構和光學性質。結果表明，純ZnS為直接帶隙半導體，價帶主要來源于S3p態(tài)的貢獻，導帶主要來源于Zn4s態(tài)的貢獻。對于Mg摻雜ZnS系統(tǒng)，隨著摻雜濃度的增大，系