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GGA+U的方法研究Ag掺杂浓度对ZnO带隙和吸收光谱的影响
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O734[理学—晶体学]
  • 作者机构:[1]内蒙古工业大学理学院,呼和浩特010051
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61366008); 教育部“春晖计划”项目; 内蒙古自治区高等学校科学研究项目(批准号:NJZZ13099)资助的课题
中文摘要:

目前,当Ag掺杂ZnO摩尔数为0.0208—0.0278的范围内,Ag掺杂对ZnO吸收光谱影响的实验研究均有文献报道,但是,有两种不同的实验结果,掺杂体系吸收光谱红移或蓝移两种相悖的报道.为了解决本问题,本文采用自旋密度泛函理论(DFT)框架下的广义梯度近似(GGA+U)平面波赝势方法,构建三种Zn1-xAgxO(x=0,x=0.0278,x=0.0417)模型,分别对所有模型进行几何结构优化和能量计算.结果表明,与纯的ZnO布居值和Zn—O的键长相比,掺杂体系布居值减小、Ag—O键长增加、共价键减弱、离子键增强.当Ag掺杂ZnO摩尔数为0.0278—0.0417的范围内,Ag掺杂量越增加、O原子2p轨道、Zn原子的4s,3d轨道电荷数不变、Ag原子的5s轨道电荷数越增加、Ag原子的4d轨道电荷数越减小、掺杂体系晶格常数越增加、体积越增加、总能量越增加、稳定性越下降、形成能越下降、掺杂越难、掺杂体系的带隙越变窄、吸收光谱红移越显著.计算结果与实验结果相一致.并且合理解释了存在的问题.这对设计和制备Ag掺杂ZnO体系的光催化剂有一定的理论指导作用.

英文摘要:

Nowadays, the studies on absorption spectra of Ag-doped ZnO have given two distinctly different experimental results, that is, the red shift or blue shift when the mole fraction of the impurity increases in a range from 0.0278 to0.0417. To solve this contradiction, according to the first-principles plane-wave pseudopotential of the spin-polarized density functional theory(DFT), we set up three models for Zn1-xAgxO(x = 0, 0.0278, 0.0417) to calculate the geometric structure and energy via the method of generalized gradient approximation(GGA+U). Calculated results indicate that compared with the Zn—O bond in pure ZnO system, the value of population decreases, and the bond length of Ag—O in Ag-doped ZnO system increases, this means covalent bond weakens and ionic bond strengthens.With the mole fraction of impurity increases in a range from 0.0278 to 0.0417, the orbital charges of O-2p, Zn-4s and Zn-3d keep unchanged, while the orbital charge of Ag-5s increases, and that of Ag-4d is reduced; the volume and total energy of the doped system increases, causing the system more unstable. Moreover, the formation energy of the doped system becomes lower, thereby making the doping difficult. Meanwhile, the band gap in the system narrows, and its absorption spectra exhibits a redshift. The calculated results are consistent with the experimental data, and can explain the phenomena reasonably. These results may be used in future design and preparation of new type photocatalyst from Ag-doped ZnO as a theoretical basis.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876