掺锌、掺氮以及（锌，氮）共掺杂的锐钛矿TiO2的光催化性能研究：基于DFT+U方法的计算

《ChemistrySelect》：Study on Photocatalytic Properties of Zn-Doped, N-Doped, and (Zn, N) Co-Doped Anatase TiO2: A DFT+U Calculation

本工作采用DFT+U方法研究锐钛矿TiO?及其Zn和N共掺杂体系的电子结构与光催化性能，揭示掺杂通过晶格畸变形成受主能级降低带隙（带隙宽度由3.2 eV降至2.8 eV），抑制电子空穴复合并红移吸收边（波长至420 nm），同时扩展光响应谱（吸收范围从320-400 nm至270-450 nm），分子动力学模拟显示掺杂体系在300 K下保持10皮秒热稳定性。

　　

摘要

在本研究中，利用DFT + U方法研究了锐钛矿TiO₂及其掺杂体系的电子结构和光催化性能，并探讨了掺杂元素Zn和N对TiO₂光催化性能的影响机制。计算结果表明，金属或非金属原子掺杂后TiO₂的晶格会发生明显变形，杂质能级出现在价带顶部附近，形成受主能级，同时掺杂体系的带隙减小。带隙的缩小意味着掺杂的Zn和N元素可以克服光生电子-空穴对高复合率的缺点，并使吸收边向红侧移动。此外，对系统光学参数的计算结果表明，掺杂体系通过扩展TiO₂的光响应谱增强了其光催化活性。最后，为了探讨系统的热稳定性，进行了分子动力学计算，结果显示该系统在300 K温度下运行10 ps后仍能保持稳定。

图形摘要

该图展示了TiO₂材料在太阳光照射下的光催化机制。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。