人工晶体学报

作者：张家琪, 林雪玲, 田文虎, 马文杰, 张秀, 马小伟, 朱巧萍, 郝睿, 潘凤春

单位：宁夏大学物理学院,银川 750021

关键词：TiO2,Si掺杂,应变,光学性能,电子结构,第一性原理计算,

基金：宁夏大学自治区级创新训练项目(S202410749052);大学物理卓越教学团队项目(ZYJXTD2023012);宁夏自然科学基金项目(2024AAC03012)

运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Si掺杂锐钛矿相TiO2(A-TiO2)的电子结构和光学性质,以及应变对Si掺杂体系光学性质的调控。研究结果表明: Si掺杂形成的两种替位式缺陷中,SiTi缺陷不能有效改善TiO2的光学性能,而SiO缺陷的引入提高了掺杂体系对可见光区和红外光区光子的吸收,并且其光学吸收谱的吸收边发生了红移;光学性质的改变与掺杂体系的电子结构密切相关,SiTi缺陷对TiO2电子结构的影响较小,而SiO缺陷引入的杂质能级属于浅受主能级,该杂质能级的出现使掺杂体系的复介电函数在低能区有了很大的提升,促进了SiO体系对低能区光子的吸收和光电转换效率,使SiO体系的光催化特性有所增强。此外,光学性质还与SiO的掺杂浓度有关,在108个原子的TiO2超晶胞中均匀掺杂4个SiO,体系的光学性质最好,此时对应的掺杂浓度为3.7%。2%拉伸应变进一步增大了该体系对可见光区和红外光区光子的吸收,因此在2%拉伸应变下,SiO均匀掺杂浓度为3.7%的体系具有更好的光电转换效率和光催化活性。

来源：2025年第4期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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