本征缺陷对锐钛矿TiO2光电特性影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波第一性原理方法,理论研究等浓度不同类型本征缺陷对锐钛矿TiO₂材料的光电特性的影响。通过对各体系材料键结构和态密度的计算,并结合带间电子跃迁,分析了材料的介电函数、折射率、反射率以及吸收系数。计算结果表明:(1)体系中存在点缺陷会引起不同程度的晶格畸变,畸变程度与结构中Ti-O键键长以及O,Ti原子核对外层电子的约束能力强弱相关联;(2)各体系态密度组成相似,价带由O-2p轨道,导带由Ti-3d轨道贡献,氧间隙原子体系中间隙氧原子2p轨道会在体系中形成杂质能级,有利于载流子的迁移,能够提升光催化反应效率;(3)在可见光范围内,含有钛间隙原子体系与氧空位体系电化学活性较强,形成原因与氧原子、钛原子电负性强弱有关(χ_O>χ_Ti)。这一研究对于改良锐钛矿TiO₂光催化性具有一定的理论指导作用。