基于GGA+Ud+Up方法的不同形貌TiO2电子结构性质研究

摘要

应用密度泛函理论GGA+Ud+Up方法,同时考虑TiO2中Ti 3d轨道和氧2p轨道的在位库仑修正以消除传统方法GGA或LDA中固有的自相互作用误差,研究了四种晶型TiO2(Rutile,Anatase,Brookite,TiO2(B))光催化剂的电子结构性质.对于Rutile,Anatase和Brookite,设定Ud=8eV,Up分别为6eV,4eV,4eV,计算得到的带隙值与实验值非常接近;而对于TiO2(B),Ud=4eV,Up=4eV时,计算得到的带隙值与实验值吻合较好.研究结果表明,在应用DFT+U方法时,同时考察氧p轨道电子的U值贡献时能获得更合理的结果.另外,计算了它们的电子和空穴的有效质量,比较而言,光激发载流子的迁移速率顺序为Anatase>Rutile>Brookite>TiO2(B),这与实验上Anatase光催化反应性能最优相一致.