N掺杂和氧空位协同改性锐钛矿TiO2的第一性原理研究

　　

针对TiO₂半导体因带隙较宽和光生载流子复合速率快导致的光催化活性不足问题，本研究基于密度泛函理论第一性原理方法，系统探究了N掺杂、氧空位以及N掺杂与氧空位协同改性对锐钛矿型TiO₂光催化性能的影响。通过系统研究改性前后TiO₂的晶体结构、电荷分布、能带结构、态密度及光学性质等关键参数，以揭示其光催化性能提升的内在机制。研究表明，氮（N）掺杂可在二氧化钛（TiO₂）半导体的价带顶附近引入新的杂质能级，从而有效缩小其禁带宽度。然而，这些新形成的杂质能级可能作为光生电子-空穴对的复合中心，反而会降低材料的光催化活性。氧空位的引入不仅能够在导带底形成缺陷能级，增加光生载流子浓度，提升材料的导电性，还可以作为电子捕获中心，促进Ti³⁺的形成，抑制光生电子-空穴对的复合。值得注意的是，N掺杂与氧空位的协同作用能够进一步优化TiO₂的性能。这种协同作用一方面能够在导带底引入缺陷能级，同时在价带顶形成杂质能级，从而显著缩小半导体的禁带宽度，改善其光吸收性能；另一方面，与纯TiO₂和仅N掺杂的TiO₂（TiO₂-N）相比，N掺杂与氧空位共存的体系（TiO₂-N-O_v）通过缺陷能级的引入，进一步增加载流子浓度，促进了Ti³⁺形成，从而更有效地分离电子-空穴对，显著提升了半导体的光催化性能。通过对计算得出的紫外-可见吸收光谱分析发现，TiO₂-N-O_v表现出最显著的带边红移和最大的光吸收强度。因此，氮（N）掺杂与氧空位的协同调控为优化TiO₂的光催化性能提供了一种高效且可行的策略。

订阅方式：
①在线订阅（推荐）：www.sdchem.net.cn
②邮局订阅：邮发代号24-109

投稿方式：
①在线投稿（推荐）：www.sdchem.net.cn
　　作者只需要简单注册获得用户名和密码后，就可随时进行投稿、查稿，全程跟踪稿件的发表过程，使您的论文发表更加方便、快捷、透明、高效。
②邮箱投稿：sdhgtg@163.com sdhg@sdchem.net
　　若“在线投稿”不成功，可使用邮箱投稿，投稿邮件主题：第一作者名字/稿件题目。
投稿时请注意以下事项：
　　①文前应有中英文“题目”、“作者姓名”、“单位”、“邮编”、“摘要”、“关键词”；
　　②作者简介包括：姓名、出生年、性别、民族、籍贯或出生地、工作单位、职务或职称、学位、研究方向；
　　③论文末应附“参考文献”，执行国标GB/T7714-2005标准，“参考文献”序号应与论文中出现的顺序相符；
　　④注明作者的联系方式，包括电话、E-mail、详细的通讯地址、邮编，以便联系并邮寄杂志。
　　 　                                                                                   山东化工稿件修改细则