第一性原理研究Mn和Cu掺杂六钛酸钾(K2Ti6O13)的电子结构和光学性质

摘要：

六钛酸钾(K2Ti6O13)是宽带隙半导体光催化材料,只能响应波长较短的紫外光.为了使K2Ti6O13对可见光响应,本文采用第一性原理方法,研究过渡金属Mn和Cu掺杂改性后K2Ti6O13的电子结构和光学性质.计算结果表明:Mn,Cu掺杂后K2Ti6O13禁带中出现了杂质能级,这些杂质能级由O 2p和Ti 3d与Mn 3d或Cu 3d态杂化而成.对于Mn掺杂的K2 Ti6 O13,其带隙值变小,位于能带中间的杂质能级可作为电子跃迁的桥梁,从而实现了对可见光的吸收.对于Cu掺杂的K2 Ti6 O13,其带隙值虽略有增大,但是若考虑将与价带相连的杂质能级,带隙值将大大减小,且此杂质能级可抑制光生载流子的复合,使得掺杂后K2Ti6O13吸收带边红移至可见光区并在可见光范围内吸收强度明显增强.总的而言,Mn,Cu的掺杂实现了钛酸钾对可见光的吸收,同时Cu掺杂的效果要优于Mn掺杂的效果.研究结果对K2Ti6O13在光催化领域上的应用具有重要的意义.

关键词：第一性原理、掺杂、电子结构、红移

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资助基金：国家自然科学基金11574108, 21103224;河北省自然科学基金重点专项批准号: E2016202406资助的课题. Project supported by the National Natural Science Foundation of ChinaGrant . 11574108, 21103224;the Key Project of Natural Science Foundation of Hebei Province, ChinaGrant E2016202406

在线出版日期：2018-04-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：217-225