人工晶体学报

作者：朱黎原, 王志文

单位：1.新乡职业技术学院数控技术学院,新乡 453000; ；2.郑州师范学院物理与电子工程学院,郑州 450044

关键词：钇,锐钛矿TiO2(101)表面,氧空位,结构稳定性,电子态密度,第一性原理,

基金：国家自然科学基金(12204430);河南省自然科学基金(222300420378);教育部高等学校物理学类专业教学指导委员会固体物理教学研究项目(JZW-23-GT-05)

为了掌握Y原子掺杂在锐钛矿TiO2(101)表面的稳定吸附位置和电子结构变化,提高其表面光催化活性,本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Y原子掺杂在完美的、带有亚表层氧空位和带有表层氧空位的锐钛矿TiO2(101)表面的结构稳定性和电子性能。结构优化和电荷密度结果表明,Y原子可以稳定吸附在三种不同的表面上。在完美表面吸附时,Y原子最稳定的吸附位置是两个三配位O原子之间的空位;与完美表面类似,在带有亚表层氧空位表面吸附时,Y原子最稳定吸附位置是与氧空位邻近的两个三配位O原子之间的空位;而在带有表层氧空位表面吸附时,Y原子则停留于氧空位邻近的四配位Ti原子位置上最稳定。电荷密度计算结果也表明Y原子与这三种表面结合非常稳固。电子态密度计算结果表明,在带有表层氧空位的锐钛矿TiO2(101)表面引入Y原子会在费米面附近的带隙中引入缺陷态,带隙从1.67 eV降至1.44 eV,这有可能引起电子的分级跃迁,提高表面光催化能力。本文的研究为利用单原子Y掺杂提高TiO2(101)表面光催化能力提供了理论支持。

来源：2024年第2期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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