碳掺杂锐钛矿TiO_(2)的结构和电子性质

摘要

运用第一性原理计算系统研究了两类C掺杂(C取代O和C填隙)锐钛矿TiO_(2)的结构和电子性质。结果表明,通过优化可以得到3种C取代O掺杂结构和8种C填隙掺杂结构。C取代O的结构中存在C—Ti键,而C填隙的结构碳以CO和CO^(2-)_(3)的形式存在。基于这些优化结构,计算的态密度证实以C原子或C的二聚体的形式取替O未改变纯TiO_(2)的带隙,而其它掺杂结构都明显地加大了TiO_(2)的带隙。C取代O掺杂的TiO_(2)带隙几乎无变化,而其它形式掺杂的TiO_(2)带隙明显加宽了。此外,这些掺杂结构的带隙中都存在杂质能级,有利于可见光的吸收。