Co、Ru掺杂钛酸盐纳米管电子结构与光学性质探讨.docx

信息技术导论论文题目: 专业班级： 学号： 姓名： 联系方式： EST2011级信息技术导论课程论文要求为了规范论文格式，帮助同学们更好地整理学习思路，展示学习成果，下面将课程论文的要求陈述如下：（1） 论文主题必须与信息技术导论课程相关，主题明确，条理清楚（2） 论文格式规范（见论文模板）（3） 论文字数在2000字以上（4） 提交时间：1月4日晚七点之前上交，以班为单位。提交方式：以班为单位收齐后交给姜导，电子档自己保留（5） 自己独立完成课程论文写作，不要抄袭他人论文；凡发现抄袭情况，该门课程成绩不及格，并要求重写。附件：论文格式第一、题目：应准确概括整篇论文的核心内容，简明扼要，一般不宜超过20字。第三、中文摘要：200字左右，简要叙述论文的主要内容，结论及自己的见解。第四、关键词：35个。第五、正文：要求观点鲜明，语言流畅，论据可靠、论证严密。第六、参考文献：不少于10篇，一般列于正文之后，格式按物理学报格式要求来做。具体可参看物理学报官网要求附：1提交打印稿，打印稿一律用A4打印纸。论文题目为三号字；正文字体一律用宋体小四号字，白底黑字，一级标题用四号字，加黑；二级标题用小四宋体字，加黑；一般不要设三级标题；行间距正文为1.25倍；各级标题和正文间的间距要适当大一些（1.5倍行距）。具体参考下面的论文格式参考模板Co、Ru掺杂钛酸盐纳米管电子结构和光学性质的研究。2打印稿均得装订成册；要求另加封面，封面上必须注明个人信息，包括：课程名称、论文题目、论文提交者的姓名、班级、学号，以上信息一目了然。论文封面按第一页模板来写3注意论文中的公式、符号等，不允许直接复制，会造成符号混乱。用公式编辑器或者截图。论文格式参考模板Co、Ru掺杂钛酸盐纳米管电子结构和光学性质的研究乐伶聪，王婷婷，杨磊，刘源，姚洁，徐莎（华中科技大学 电子科学与技术系，武汉 430074）采用平面波超软赝势方法计算了钛酸盐纳米管掺杂过渡金属（Co,Ru）的电子结构及其光学性质。首先对掺杂钛酸盐纳米管进行结构优化，确定其晶格参数。然后对其电子结构，包括能带结构及态密度图进行分析，计算表明Co、Ru的掺入导致H2Ti3O7禁带中引入了新的能级，从而导致吸收光谱的红移现象。研究发现，t2g态在红移现象中起了重要的作用。最后，给出了掺杂的钛酸盐纳米管的吸收光谱，可以直观地了解钛酸盐纳米管掺杂后其光学性质的改变。由此可以看出，掺杂后的钛酸盐纳米管在可见光催化领域内拥有广泛应用前景。关键词：钛酸盐纳米管，过渡金属掺杂，光学性质，第一性原理计算PACC：7125，7115H，7115A，78401. 引言TiO2是一种重要的宽禁带半导体材料，因其具有优异的光电和催化性能,且结构稳定、廉价，使其在光催化技术和染敏太阳能电池、稀磁半导体等领域被广泛的研究应用 Fujishima A and Honda K 1972 Nature 37 238。由于TiO2禁带宽度过大，只能有效吸收太阳光中的紫外（<387nm）部分，因此人们便对其进行掺杂处理，包括过渡金属以及非金属元素等掺杂来减小其禁带宽度。张勇等人 Zhang Y,Tang C Q and Dai J 2005 Acta Phys. Sin. 54 0323（in Chinese）张勇、唐超群、戴君 2005 物理学报54 0323如果格式严格按以上要求有些困难，可以自己适当放低要求，但大致必须一致。对锐钛矿型TiO2进行Fe元素的掺杂，发现Fe掺杂将导致TiO2电子局域能级的出现及禁带变窄，进而导致吸收光谱红移。Hideyuki Kamisaka等人7将C元素掺入到TiO2中，同样会于禁带中引入杂志能级，有助于可见光的吸收。此外，如果将TiO2做成纳米管状8-10，可以极大地增大其比表面积，亦可提高其光催化能力。2. 计算方法与物理模型本文计算采用了基于密度泛函理论（DFT）的平面波赝势方法。采用CASTEP19软件完成。(a)(b)图1 结构模型(a)H2Ti3O7和(b)CoHTi6O143. 结果与分析3.1. 几何结构Zhang等人21已经研究了H2Ti3O7的各种可能的亚稳态结构,并确定了能量最低时的晶格参数,如表1所示。在几何优化的过程中，为了节约计算时间，我们是将H2Ti3O7的晶格常数固定来进行的。这对于我们后面的分析不会引入太大的误差。优化后的原子坐标如表1所示。表1 优化后的CoHTi6O14及RuHTi6O14的各原子分数坐标CouvwH0.29470.25380.2184O0.18880.22510.1654O0.16760.24710.4678O0.46120.49300.6354O0.27980.26070.86273.2. 电子结构在计算过渡金属掺杂钛酸盐纳米管时，分析的数据均为由理论计算得出的结果进行导带相对价带向上平移0.3eV的剪刀算符操作后的修正数据。能带图如图2。从能带图中可以明显看出，H2Ti3O7，CoHTi6O14，RuHTi6O14等均为间接带隙结构。(a)(b)图2 H2Ti3O7的(a)电子能带结构和(b)态密度3.3. 光学性质禁带宽度的改变并不是改变H2Ti3O7光吸收过程的唯一因素，为了进一步分析过渡金属掺杂对H2Ti3O7可见光吸收的影响，本文在电子结构分析的基础上计算了纯H2Ti3O7及掺杂后的光学性质。(a)(b)图3 光吸收谱(a)H2Ti3O7和(b)CoHTi6O144. 结论本文主要给出了利用第一性原理计算H2Ti3O7及掺入过渡金属Co、Ru后H2Ti3O7的能带结构、态密度图以及光学性质等。通过比较纯的H2Ti3O7与掺杂后的H2Ti3O7的能带结构及态密度图的不同，得出过渡金属Co、Ru掺杂会减小H2Ti3O7的禁带宽度及于禁带中引入新的杂志能级，且这种改变分别是由过渡金属的d（eg）和d（t2g）所导致的。同时还研究了掺杂后的H2Ti3O7的吸收光谱。与未掺杂H2Ti3O7相比，发现其对可见光的吸收能力显著增强，达到了预期效果。【补充说明】1、 中文文章请严格按此格式编写，进一步要求请参考物理学报网页2、 文中数据一般建议最多只保留到4位小数。图表注意大小、格式，务必对比明显、清晰、美观。一般图表各自不要超过4个，全文控制在6页A4文档左右，行文尽量少用第一人称等口语化表达。3、 参考文献采用 菜单插入->引用->尾注，格式为数字1,2,3。完成后请参考本文档格式修改，务必与将投稿期刊要求保持一致。管理文献建议采用 EndNote / NoteExpress等软件，请 google 之。4、 请根据工作内容选择合适期刊，切勿一稿多投。投稿前请一定阅读期刊投稿须知。请尤其注意署名、单位、致谢等内容，必要时请联系指导老师。5、 感谢乐伶聪同学的样稿。参考文献