Cr和C共掺TiO2的电子结构和光学性质的研究

摘要

利用第一性原理计算,研究了Cr与C共掺锐钛矿型TiO2的能带的结构,态密度和光学性质.我们构建了两种不等价的Cr 与C紧邻共掺体系:CrC1-TiO2和CrC2-TiO2.CrC1-TiO2体系在价带上方出现了主要由C-2p轨道和Cr-3d轨道耦合成的子带.同时,由于姜-泰勒变形效应,Cr-3d轨道的t2g轨道进一步分裂的成Cr-3dyz轨道在导带底形成附加带,有效带隙较纯TiO2相比变窄了 0.84 eV.CrC2-TiO2体系带隙中有深带隙态存在,由于深间隙态的存在,价带顶到深带隙的能量宽度为0.84eV,电子从价带顶转移到导带底的所需要的能量将大大减小.最后,我们对纯TiO2和Cr与C紧邻共掺TiO2的光学特性进行了计算.结果显示Cr与C共掺TiO2的光学吸收谱都有很好的可见光区域分布,大大提高了太阳光的利用率.