Cr-N共掺杂对TiO2 rutile表面影响的研究

"第一性原理研究Cr-N共掺对TiO2 rutile(110)表面的影响" 本文探讨了Cr-N共掺杂对TiO2 rutile(110)表面性质的影响，这是一种针对TiO2光催化剂性能优化的重要研究。TiO2因其在太阳能光解水制氢中的潜力而备受关注，但其较大的带隙导致它无法有效吸收太阳光中的可见光，限制了其光催化效率。为了解决这一问题，研究人员通常采用掺杂技术来调整材料的带隙，Cr-N共掺被认为能够改善单元素掺杂的不足。 通过第一性原理计算，作者张丽丽和赵瑾发现，Cr-N共掺在TiO2 rutile(110)表面的稳定性较高，这意味着掺杂可能直接影响表面的吸附和化学反应过程。在电子结构层面，共掺杂显著降低了TiO2的带隙，产生了一个位于价带上方约1.0eV处的杂质能级和一个位于导带下方约0.8eV处的杂质能级，这扩大了光吸收的波长范围，有助于吸收更多的可见光。 此外，Cr-N共掺还导致了体系内的磁矩产生，这些磁矩主要存在于带间的杂质能级上。随着杂质掺杂浓度的提高，杂质能级可以形成具有色散特性的杂质带。这样的能带结构有助于防止电子-空穴对在杂质能级上的复合，同时为自旋电子输运提供了通道，这在自旋电子学领域具有潜在的应用价值。 关键词包括：第一性原理计算、TiO2 rutile(110)、Cr-N共掺。这项研究揭示了通过第一性原理计算深入理解掺杂对半导体材料性能影响的重要性，同时也为优化TiO2的光催化性能和探索新型自旋电子器件提供了理论基础。