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N/Fe共掺杂锐钛矿TiO2(101)面协同作用的第一性原理研究

李宗宝 王霞 贾礼超

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N/Fe共掺杂锐钛矿TiO2(101)面协同作用的第一性原理研究

李宗宝, 王霞, 贾礼超

Synergistic effects in Fe/N codoped anatase TiO2 (101) surface:a theoretical study based on density functional theory calculation

Li Zong-Bao, Wang Xia, Jia Li-Chao
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  • 基于周期性密度泛函理论研究了N/Fe共掺杂对锐钛矿TiO2(101)面的修饰作用. 计算了铁替位单掺杂TiO2(101)面及晶体内部后, 晶体结构变化及形成能. 通过形成能的比较发现, Fe从晶体表面向体内迁移时受到势垒阻碍作用. 同时, 对不同位置表面N/Fe近邻共掺杂晶体形成能的比较, 得出了表面共掺杂的最稳定结构. 通过对电子结构及态密度的分析发现: 表面共掺杂态中, N/Fe共掺杂可改变TiO2(101)面的电子结构, 并使TiO2由半导体性向半金属性转变.
    The interaction between implanted nitrogen atom and transition metal iron at the anatase TiO2(101) surface is investigated by the periodic density functional theory calculations. Substitutional and interstitial configurations and formation energies for Fe-doping, and several N and Fe atom codopings at different sites of the (101) surface are considered. Our formation energy calculations suggest that when Fe atom transfers from surface to body, it is subjected to a larger energy barrier while asynergetic effect takes place between the nitrogen and the codoped Fe in the surface. The analyses of the electronic structure and densities of states show that the property of half-metallic appears, with N and Fe codoped.
    • 基金项目: 贵州省自然科学基金(批准号:黔科合J字[2012]2315号, 黔科合J字LKT[2012]17号)和铜仁市科技计划项目(批准号: 铜市科研(2012)63号-9) 资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Natural Science Foundation of Guizhou Province, China (Grant Nos. [2012]2315, LKT[2012]17) and the Science and Technology Project of Tongren City, China (Grant No. (2012)63-9).
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-06-29
  • 修回日期:  2013-07-18
  • 刊出日期:  2013-10-05

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