logo
دوره 10، شماره 2 - ( پاییز و زمستان 1404 )                   جلد 10 شماره 2 صفحات 68-62 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Ataei S S. Structural and electronic properties of TiO2 doped with Nb atoms. JMRPh 2026; 10 (2) :62-68
URL: http://jmrph.khu.ac.ir/article-1-295-fa.html
عطائی سیده سمانه. خواص ساختاری و الکترونی دی اکسید تیتانیوم آلاییده با اتم های نئوبیوم. نشریه پژوهش های نوین فیزیک. 1404; 10 (2) :62-68

URL: http://jmrph.khu.ac.ir/article-1-295-fa.html


چکیده:   (5 مشاهده)

بر اساس مطالعات تجربی و آزمایشگاهی برای ساختارهای دی اکسید تیتانیوم آلاییده با اتم های نئوبیوم (Nb) افزایش جذب نور در انرژی های کم و به ویژه در ناحیه مرئی و نیز رسانندگی قابل توجهی در غلظت های کم از این نوع ناخالصی (حدود سه درصد) گزارش شده است. در این پژوهش خواص الکترونی و ساختاری دی اکسید تیتانیوم در حضور دو اتم ناخالصی نئوبیوم (با مقدار غلظت سه درصد) با استفاده از محاسبات اصول اولیه مبتنی بر حل معادلات کوهن شم در چارچوب نظریه تابعی چگالی محاسبه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که جایگزینی اتم های نئوبیوم در جایگاه اتم های تیتانیوم منجر به اعوجاج شبکه بلوری در اطراف ناخالصی و افزایش فاصله بین اتم ها و همچنین ایجاد حالات الکترونی جایگزیده در اتم های تیتانیوم مجاور به ناخالصی شده است. محاسبات مربوط به چگالی حالات ساختارهای آلاییده نشان دهنده ی حضور حالات الکترونی میانی در گاف نواری است که در انرژی های حدود  یک الکترون ولت بالاتر از لبه ی نوار ظرفیت قرار گرفته است. حضور این حالات الکترونی میانی در گاف نواری ساختارهای آلاییده نشان دهنده ی افزایش میزان جذب دی اکسید تیتانیوم در نواحی با انرژی کمتر از مقدار انرژی گاف نواری (مثلا در نواحی مرئی) در طیف جذب نوری این ساختارهاست. درنهایت با توجه به اینکه اثرات الکترونی در توصیف بسیاری از خواص و ویژگی های اکسیدهای فلزی نقش مهمی بازی می کند می توان از نتایج پژوهش حاضر برای کاربرد این نوع از مواد در حوزه انرژی (مانند اثرات فوتوکاتالیستی) و ترابرد الکترونی استفاده کرد.

متن کامل [PDF 648 kb]   (2 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: فیزیک محاسباتی
دریافت: 1405/2/1 | پذیرش: 1405/2/28 | انتشار: 1404/12/29 | انتشار الکترونیک: 1404/12/29

فهرست منابع
1. [1] A. Fujishima and K. Honda, "Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode", Nature 238, 37, 1972. [DOI:10.1038/238037a0] [PMID] []
2. [2] L. Kavan, M. Gratzel, S. E. Gilbert, C. Klemenz and H. J. Scheel, "Electrochemical and photoelectrochemical investigation of single crystal of anatase", J. Am. Chem, Soc 118, 6716, 1996. [DOI:10.1021/ja954172l]
3. [3] M. Gratzel, "Photoelectrochemical Cells", Nature 414, 338, 2001. [DOI:10.1038/35104607] [PMID]
4. [4] U. Diebold, "The surface science of titanium dioxide", Surf. Sci. Rep. 48, 53, 2003. [DOI:10.1016/S0167-5729(02)00100-0]
5. [5] X. B. Chen, L. Liu, P. Y. Yu and S. S. Mao, "Increasing solar absorption for photocatalysis with black hydrogenated titanium dioxide nanocrystals", Science 331, 746, 2011. [DOI:10.1126/science.1200448] [PMID]
6. [6] Z. Wang, C. Yang, T. Lin, H. Yin, P. Chen, D. Wan, et al, "H-doped black titania with very high solar absorption and excellent photocatalysis enhanced by localized surface plasmon resonance", Adv. Funct. Mater 23, 5444, 2013. [DOI:10.1002/adfm.201300486]
7. [7] S. S. Ataei, S. J. Hashemifar and M. Mohammadizadeh, "First principles insights into role of hydrogen atom in black titania", Computational Materials Science 139, 84, 2017. [DOI:10.1016/j.commatsci.2017.07.014]
8. [8] T. Hitosugi, H. Kamisaka, K. Yamashita, H. Nogawa, Y. Furubayashi, S. Nakao, et al, "Electronic band structure of transparent conductor: Nb-doped anatase TiO2", Applied Physics Express 1, 111203, 2008. [DOI:10.1143/APEX.1.111203]
9. [9] P. M. Weiser, W. Zimmermann, J. Bonkerud, L. Vines and E. V. Monakhov, "Donors and polaronic absorption in rutile TiO2 single crystals", J. Appl. Phys. 128, 145701, 2020. [DOI:10.1063/5.0027434]
10. [10] G. Sahasrabudhe, J. Krizan, S. L. Bergman, R. J. Cava and J. Schwartz, "Million fold increase of the conductivity in TiO2 rutile through 3% Niobium incorporation", Chem. Mater 28, 3630, 2016. [DOI:10.1021/acs.chemmater.6b02031]
11. [11] B. Morgan, D. O. Scanlon and G. W. Watson, "Small polarons in Nb and Ta doped rutile and anatase TiO2 ", J. Mater. Chem. 19, 5175, 2009. https://doi.org/10.1039/b908869e [DOI:10.1039/b905028k]
12. [12] K. C. L. Bauerfeind, J. Laun, M. Frisch, R. Kraehnert and T. Bredow, "Metal substitution in rutile TiO2 : segregation energy and conductivity", Journal of Electronic Materials 51, 609, 2022. [DOI:10.1007/s11664-021-09318-4]
13. [13] H. Y. Lee and J. Robertson, "Doping and compensation in Nb-doped anatase and rutile TiO2", J. Appl. Phys. 113, 213706, 2013. https://doi.org/10.1063/1.4799153 https://doi.org/10.1063/1.4798372 https://doi.org/10.1063/1.4803515 https://doi.org/10.1063/1.4800499 https://doi.org/10.1063/1.4804177 https://doi.org/10.1063/1.4790362 https://doi.org/10.1063/1.4808475 https://doi.org/10.1063/1.4798350 https://doi.org/10.1063/1.4793089 https://doi.org/10.1063/1.4794359 https://doi.org/10.1063/1.4795848 https://doi.org/10.1063/1.4795789 https://doi.org/10.1063/1.4801903 https://doi.org/10.1063/1.4794283 [DOI:10.1063/1.4795799]
14. [14] K. Yang, Y. Dai, B. Huang and Y. P. Feng, "First principles GGA+U study of the different conducting properties in pentavalent ion doped doped anatase and rutile TiO2", J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 275101, 2014. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/44/445101 https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/34/345003 https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/8/085106 https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/4/045108 https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/31/315101 [DOI:10.1088/0022-3727/47/27/275101]
15. [15] P. Giannozi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, et al, "QUANTUM ESPRESSO, a modular and open source software project for quantum simulation of materials", J. Phys. Condens. Matter 21, 395502, 2009. [DOI:10.1088/0953-8984/21/39/395502] [PMID]
16. [16] S. X. Zhang, D. C. Kundaliya, W. Yu, S. Dhar, S. Y. Young, L. G. Salamanca-Riba, et al, J. Appl. Phys. 102, 013701, 2007. https://doi.org/10.1063/1.2787166 https://doi.org/10.1063/1.2809343 https://doi.org/10.1063/1.2787150 https://doi.org/10.1063/1.2794704 https://doi.org/10.1063/1.2818046 https://doi.org/10.1063/1.2815663 https://doi.org/10.1063/1.2817255 https://doi.org/10.1063/1.2817641 https://doi.org/10.1063/1.2811862 https://doi.org/10.1063/1.2826742 https://doi.org/10.1063/1.2750407 https://doi.org/10.1063/1.2818365 https://doi.org/10.1063/1.2805647 https://doi.org/10.1063/1.2800172 https://doi.org/10.1063/1.2802529 [DOI:10.1063/1.2800174]
17. [17] D. T. Cromer and K. Herrington, J. Am. Chem. Soc. 77, 4708, 1955. [DOI:10.1021/ja01623a004]

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.