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Ni离子掺杂锐钛矿相TiO_2体系的第一性原理研究
  • ISSN号:1001-4861
  • 期刊名称:《无机化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O614.813[理学—无机化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]东北大学冶金学院,沈阳110819, [2]辽宁省冶金资源循环科学重点实验室,沈阳110189, [3]沈阳建筑大学理学院,沈阳110168, [4]辽宁大学物理学院,沈阳110036, [5]中国科学院金属研究所钛合金研究部,沈阳110016
  • 相关基金:国家自然科学基金(N0.U1261120)资助项目.
中文摘要:

采用自旋密度泛函理论的第一性原理方法并结合晶体配位场理论,研究了Ni离子掺杂锐钛矿相TiO_2体系(NixTi1-xO2;NixTiO_2)的几何结构、缺陷形成能、电子结构以及磁性特征等问题。结果表明:实验上发现的有关Ni掺杂TiO_2体系的很多矛盾,如:晶粒体积的增减、掺杂Ni离子的不同价态、吸收光谱带边移动方向和体系磁性特征的差异等问题都可归因于Ni离子掺杂类型的不同(NiTi;Niin)。分析表明,不同的Ni离子掺杂类型导致所成Ni-O键的键长和电荷布居不同,从而使Ni离子呈现不同的价态,这也是体系宏观电学和磁学性能差异的根本原因。形成能计算表明,通过控制Ni-TiO_2晶体生长过程中的氧环境,可以人为的控制Ni离子的掺杂类型。

英文摘要:

The geometric structures, formation energies, electronic structures and magnetic properties of Ni-doped anatase, with different concentrations and doping methods, were studied by the first principle method under the framework of the spin density functional theory, combined with the crystal field theory. The results of formation energy calculation show that the oxygen environment, in the process of crystal growth, has an important influence on the structures of Ni-doping. Analysis of the state density and energy level track map showed that the valence states of Ni ion was different in different doping conditions. Impurity energy levels in the bandgap of all kinds of doping system are formed by the hybridization of Ni3d-O2p. When a doping Ni ion substitute lattice Ti, that will make the unit cell volume and the crystal stability decrease, absorption spectrum red shift, the system is paramagnetic. Interstitial Ni doping makes the unit cell volume increase, the absorption spectrum blue shift, and enables the band to move in the direction of low energy. At this time, the carrier occur n type-degeneration, theability, of some Ti ions, of losing electrons declined, resulting in the making of Ti3 + ions, the system has magnetism.

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期刊信息
  • 《无机化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国化学会
  • 主编:游效曾
  • 地址:南京市南京大学仙林区化学楼
  • 邮编:210023
  • 邮箱:wjhx@nju.edu.cn
  • 电话:025-89682307
  • 国际标准刊号:ISSN:1001-4861
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1185/O6
  • 邮发代号:28-133
  • 获奖情况:
  • 2007年获江苏省优秀期刊奖,2009年获华东地区优秀期刊奖
  • 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,美国科学引文索引(扩展库),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),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:19587