N、Mo掺杂锐钛矿相TiO2电子结构及光学性能的第一性原理研究

２０１７年ｌ２月　伊犁师范学院学报（自然科学版）　Ｄｅｃ．２０１７　第１１卷第４期　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙｉｌｉ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．１ｌ　Ｎｏ．４　Ｎ、Ｍｏ掺杂锐钛矿相ＴｉＯ２电子结构及光学性能的　第一性原理研究　王艳辉　，徐明杰　，黄晓松　，雷博程　，夏　桐　，张丽丽　（１．伊犁师范学院物理科学与技术学院，新疆凝聚态相变与微结构实验室，新疆伊宁８３５０００；　２．南京大学物理学院，国家固体微结构重点实验室，江苏南京２１００９３）　摘要：利用第一性原理密度泛函理论，计算了纯ＴｉＯ：及Ｎ单掺杂ＴｉＯ：、Ｍｏ单掺杂ＴｉＯ：和　Ｍｏ—Ｎ共掺杂ＴｉＯ：后的电子能带结构、态密度和光学性质．计算结果表明：在电子能带结构上，掺　杂Ｎ、Ｍｏ元素后，ＴｉＯ：的能带结构发生了较大的变化，禁带宽度减小，跃迁类型为间接跃迁，且导　带和价带变密集；在光学性质上，Ｎ单掺杂ＴｉＯ　、Ｍｏ单掺杂ＴｉＯ　和Ｍｏ—Ｎ共掺杂ＴｉＯ　的吸收谱出　现了红移现象，其吸收峰的峰值有所降低；纯ＴｉＯ。静态介电常数值为６．２８５，当单掺Ｎ元素、Ｍｏ元　素以及Ｍｏ—Ｎ共掺杂后，其静态介电常数值分别为５．８０２、１５．５７６、１２．４２５．　关键词：ＴｉＯ。；第一性原理；能带；态密度；光学性质　中图分类号：０４６９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—９９９ｘ（２０１７）０４—００４９—０６　Ｏ引言　为４５０℃时，吸收明显发生红移，样品的光催化活性　最好．吴国浩等　通过第一性原理计算了Ｂｉ掺杂锐　光催化剂作用是在光照的条件下，扮演光催化　钛矿相ＴｉＯ：的电子结构和光学性质，计算结果表明　剂角色的物质，来促进氧化还原反应的过程．由于这　Ｂｉ掺杂后体系的吸收带边发生红移，在可见光范围　种作用能有效地利用太阳光，且对环境十分友好，近　光吸收系数明显增大．　年来在能源开发、环境净化等方面受到广泛关注．其　综上所述，通过掺杂改善ＴｉＯ：光催化剂对可见　中ＴｉＯ：以其廉价、稳定、无毒、催化活性良好等优点　光的吸收响应能力来提高它的光催化活性将成为该　成为光催化领域研究的热点之一［１．ｚ　．但是ＴｉＯ　在实　领域重要的研究目标．故本文尝试利用第一性原理，　际应用中还存在一些问题：只有在紫外光的激发下　对Ｎ、Ｍｏ分别单掺和Ｍｏ—Ｎ共掺锐钛矿相ＴｉＯ：光催　才显示出光活性，而紫外光仅占太阳光能量的５％左　化剂的相关性质进行理论计算并分析，以期预测其　右，可见光占太阳光能量的４５％左右．通过文献调　在可见光波段具有更好吸收响应能力．　研，我们发现对ＴｉＯ：体系掺入杂质粒子，可以引入合　适的杂质能级，改变其电子结构，使ＴｉＯ：材料能够利　１计算方法及模型　用可见光范围的能量进行光催化，具有十分重要的　本文所有的计算工作都由Ｍａｔｅｒｉｌａｓ　Ｓｔｕｄｉｏ软件　工业前景和理论研究价值ｂ一］．　的ＣＡＳＴＥＰ软件完成．计算基于密度泛函理论（ＤＦＴ）　黄晶晶等　采用溶胶一凝胶法制备Ｎ掺杂ＴｉＯ　薄　的广义梯度近似修正法，在计算中不考虑自旋影响；　膜，其光吸收谱表明：当Ｎ掺杂量为ｌ１％、煅烧温度　采用超软赝势来近似描述价电子与离子之间的相互　收稿日期：２０１７—０６—０５　基金项目：新疆维吾尔自治区科技创新团队培养建设项目（２０１４７５１００１）．　作者简介：王艳辉（１９９１一），男，伊犁师范学院在读研究生，主要研究方向：凝聚态光学　通信作者：张丽丽，南京大学在读博士生，研究方向：凝聚态物理．　５０　伊犁师范学院学报（自然科学版）　２０ｌ７年　作用；　Ｉ…战断能　取为３４０　Ｖ；仿　渊　Ｋ　选　择为６×６×７；交换卡Ｈ　ｒＪ　数川（　（　～／Ｐ　９ｌ进　处　ｊ　，ｒ｛ｉ　瞍　２．０×Ｊ０　Ｐ、。／￣ｌｌＯｌｌ１．　果…锐铁矿ｆ｝｝＿ｒｉ（）！　ＩＩ　，ｉ发ｆ…＿小＿『禹ＩＪｕ方ｆ　系．锐　铁矿１寸１．ｒ　的－　Ｍ　ｔ＿舯垃１４ｌ／ＡＭＩ）（Ｎｏ．１４１），　Ｊ１体Ｉｆｌ　７汪个Ｔｉ一（）　八…体　ｊ　邻接的４个．ｒｉ一（）　八向体符　１个ｊ　ｆＩＪ　ｆ芯．Ｉ‘Ｉ＾格常数乃ｄ＝ｂ＝０。３７８５　Ｉｌｌ／ｌ　ｔ－－（）．９５　１４　ｌｌｌｌ１．　：　嘤研究ｎ，ｊ儿种了亡素电子　念分圳为：Ｔｉ（　４ｓ　）．　（）（２ｓ－＇２Ｉ　），Ｎ（２ｓ：２１）　）．Ｍ‘，（４ｄ、５ｓ。）．小义基于超　Ｍ包力‘　法对Ｔｉ（１　进ｉ　ｊ．｝ｒ斡：，建立了２×ｌ×ｌ的超品胞，分圳　川Ｎ　ｒ取代（）原子、Ｍｏ　：收代Ｔｉ原子，超Ｉ１『１Ｊ】包　绌陶如　ｌ（｛１）～（　１）．　图１　掺杂前后ＴｉＯ　的２×１×１超晶胞模型　２计算结果与讨论　２．１　能带结构　迥过¨‘　刘纯Ｔｉ（）！的带隙为２．０８８　Ｖ，比实验　３．２３　。小，这垃ｌ　为软什　求解Ｋｏｌ１１１一Ｓｈａｍ方　的时候，汝　ｒ将体系的激发态　ｇ进　，『六ｌ此　｝Ｊ现　这种误差．　这利，近似厅法简便ｆ　效，所以汁算得到　的结果具有一定的・ｒＩ　Ｈ－：．从能　Ｉｔ，可以舰察到：　第４期　王艳辉等：Ｎ、Ｍｏ掺杂锐钛矿相ＴｉＯ　电子结构及光学性能的第一性原理研究　４　２　５１　一＞０一奇Ｊａｕ｜　一０　２　４　１）纯Ｔｉ（）　导　主要分布　２～７　Ｖ，价带主婴分　，一　５～０　它的导０ｉ　底ｆ１１价带顶分圳位于布　渊　ｊ　的Ｇ点　ｘ点，跃辽类，　是间接跃辽；Ｎ　掺杂　。上　Ｅｆ　ＦｉＯ！、Ｍ　单掺杂ＴｉＯ！和Ｍｏ—Ｎ共掺杂Ｔｉ（）　后跃迂类　没有发生改变，仍为问接跃迁．２）Ｎ　掺杂ｒｒｉ（）　．费　米能绒越过Ｊ　价带，体　ｆｆ；Ｐ型半导体的特征；Ｍ　，单　掺杂　ＦｉＯ！，货米能级越过Ｊ　导带．体现…ｎ型、　导体　Ｊ　２Ｊ　．｝　４　的特ｆｉＥ；Ｍｔ　Ｎ共掺时导　｝顶越过＿ｒ赞米能级，体现　』！　ｆ｛Ｉｌ　型　导体的特　．３）　ｊ：隙分析：　ｆｆ１同自　＇Ｊ　ＨＬ￣量ｌ　ｘ　『｝ＪＪ内，导带的能级数蛀明　变得稠锵，价带的轨道也　样增Ｊ】【】，发，ｌ　＿ｒ许多分裂．　（ｉ１）　Ｔ．（）　Ｓ　Ｕ　Ｒ　与　上　－ｓ上　Ｆ　Ｑ　（ｔ・）ＭＩｌ　ｅ０－掺杂　ｒｉＩ）　２　０　ｌ　——Ｊ　ｉ＝　：＝＝＝ｊ～≈　　＝≥　写　一　Ｅｆ　２　＿　＿二＿Ｉ＿～～：乏三　二ｊ＿＿　二＇＝　＝＝～　一　ｆ＝：＝　＝　≥嚣＝０　＝　羲篓三三毒　＝、＿＝　＝　＿４　｜　二，ｔ　墨　？一＝　、‘　一　一　：耋　萋　篙著　ｉ　０：＿＿　＿、皇羔　≤　＝ｊ　ｊ＝；　：　＿６　｜＿＿＿三三三三耋　妻至垂：一　：　三　塞；ｉＳ　未　主　！Ｓ　＿：＝三三　一，　＝一《～—　一一－ｉ　８　Ｚ　Ｇ　Ｙ　Ａ　Ｂ　Ｄ　Ｃ　Ｇ　图２掺杂前后ＴｉＯ　体系的电子能带结构分析　表Ｉ址纯Ｔｉ（　）　及Ｎ　掺ＴＩ（）　、Ｍｎ　掺Ｔ　和Ｍｏ—　Ｎ　掺Ｔｉ（）　体系的　：隙．南丧ｌｌ　Ｊ．　，纯锐铁矿｛寸１　Ｔｉ（）！为Ｉｉ，Ｊ接带隙，　禁Ｉ　宽度　２．０８８　Ｖ，小ｔ　验　值３．２３　．这是　为：　局域惭　泛丽理论Ｉｆｆ＇求解　Ｋｏｈｎ～ＳＩ　ｉＩＩＩＩ方　时没仃考虑体系的激发念，　这并　不影Ｉｌｌ；，］Ｌｔｉ　的卡丌对准确性“”’。ＩＪ＿从衷ｌ的数据Ｉｔｒ以　石…．Ｎ　．掺Ｔｉ（）　、Ｍ　ｌ丫Ｉ－　＝Ｔｉ（）　Ｍｏ—Ｎ　掺．ｒｉ（）　的　体系｛：　匕Ｆ纯Ｔｉ（）　的带隙变小，“利　ｒ增ＪＪｆ１电ｒ跃　辽的儿卒，提高光ｆ｝＃化效率．　表１纯ＴｉＯ　及单掺Ｎ、Ｍｏ和Ｍｏ—Ｎ共掺体系的带隙　２．２　能态密度　３址纯Ｔｉ（）：７支＝＼　掺Ｔｉ（）　、Ｍｏ　ｌ　掺Ｔｉ（）　Ｍｏ一　５２　伊犁师范学院学报（自然科学版）＾＞　。Ｊｃ０Ｊ＿。８；９）∞　∞ｌ　ｓ　ｊｏ　∞ｃａ０　２　８　４　０　６　３　Ｏ　ｅ　ｌ　Ｏ　２０１７鱼　Ｎ共掺ＴｉＯ　体系的态密度图．从图３（ａ）可以看出，未　掺杂时，纯ＴｉＯ：的价带部分主要是由０的２ｐ态和Ｔｉ　的３ｄ态贡献，导带主要是由０的２ｐ态和Ｔｉ的３ｄ态　贡献；图３（ｂ）为Ｎ单掺杂ＴｉＯ　体系的态密度图，价带　ｏ　—　Ｄ　部分主要是由Ｎ的２ｐ态和Ｔｉ的３ｄ态贡献，导带主要　是由Ｎ的２ｐ态、０的２ｐ态和Ｔｉ的３ｄ态贡献；图３（ｃ）　．，、　，　，　一　，　、　…ｄ　　一～　、　…ｆ　、　、　为Ｍｏ单掺杂ＴｉＯ：体系的态密度图，价带部分主要是　由Ｏ的２ｐ态、Ｔｉ的３ｄ态和Ｍｏ的４ｄ态贡献，导带主要　是由Ｔｉ的３ｄ态和Ｍｏ的４ｄ态贡献；图３（ｄ）为Ｍｏ—Ｎ　Ｔｉ　，．　，’、．　，　．　、　、　ＭＯ　共掺杂ＴｉＯ：体系的态密度图，价带部分由０的２ｐ态、　Ｎ的２ｐ态、Ｍ０的４ｄ态和Ｔｉ的３ｄ态贡献，导带主要是　由Ｔｉ的３ｄ态、Ｍｏ的４ｄ态、Ｎ的２ｐ态和Ｏ的２ｐ态贡　献．　ｌ　ＳＵＭ　Ｉ　。八　／、　９，３ｌｕｏｌｌ。母一。）ｓ莓一　ｇ∞Ｊｏ重∞　ｍｏ　０　Ｉ　－￥　，　，　～／　：Ｉ　　：二：…ｔ　；　，　／一、　一、　Ｉ　Ｔｉ　Ｉ　：　ｌ　、　，．、～一．．；　＼．，‘，‘、‘、　，　一、　Ｅｎｅｒｇｙ（ｅＶ）　（ａ）纯ＴｉＯ：　喜　ｓ～　．ｌ　八　Ｓ　。、、ｌ　，一　、　，一　、一　、　二二　．薯　、　Ｉ　—ｎ　ｆ　，　、Ｌ　一一、　喜　Ｉ　　．Ｔｉ　ｌ　笔　ｌ　，　Ｉ　Ｉ　，　、　置　．．・’　Ｉ　Ｊ‘　‘‘　，　｛　Ｎ　，　，，～　、，一Ｉ　、　一　．～　＿ｔ　－２　０　Ｅｎｅｒｇｙ（ｅＶ）　（ｂ）Ｎ单掺杂ＴｉＯ　，、　，　、　，‘、　，　、　－．－’　　’・　．、　－６　４　－２　Ｅｎｅｒｇｙ（ｅＶ）　（ｃ）Ｍｏ单掺杂ＴｉＯ　喜　：　　．＼　一　Ｉ　—Ｓ　。，、／　、、　－－ｐ　‘暑　一　一一．一　，重　，　、　：一　二ｆ　　ｉ量　器　．．．　＿ｌ／一・．、　喜　Ｎ　　’，　、　　Ｉ‘ｌ一一　一一…　一～　：一　，．　ｏ　　Ｍｏ一．　’一－・　、ｊ一　：　、～　．‘、　　～一一　一　／．４　－２　Ｕ　２　Ｅｎｅｒｇｙ（ｅＶ）　（ｄ）Ｍｏ—Ｎ共掺杂ＴｉＯ　图３掺杂前后ＴｉＯ　体系的电子态密度分布　２．３光学性质　图４所示为掺杂前后ＴｉＯ　体系的吸收光谱．根据　公式Ａ＝ｈｃ／Ｅ，我们可以知道能量越小，波长越大，相　应地可见光范围也会增大．由于此次实验计算得到　的带隙宽度为２．０８８　ｅＶ，与实验值３．２３　ｅＶ相比，有一　定误差，因此，在计算吸收系数时利用“剪刀近似”算　符将带隙进行了修正，修正值为１．１１２　ｅＶ．从图４我　们可以观察到：纯ＴｉＯ　对可见光吸收的能力很微　弱，直到３．０３　ｅＶ附近时，才有吸收谱出现，并且在　５．５５４　ｅＶ处出现第一个峰，峰值为１．２９×１０５　ｏｎ－　；Ｎ　单掺杂ＴｉＯ：体系在能量为６．１０８　ｅＶ处出现第一个　第４期　王艳辉等：Ｎ、Ｍｏ掺杂锐钛矿相ＴｉＯ　电子结构及光学性能的第一性原理研究　一．亘ｃｏ　ｄＪｏＥ＝ｑｖ　５３　峰，峰值为１．６３×１０５ｃｍ～，而Ｍｏ单掺杂Ｔｊ　ｏ２体系在　能量为２．１７４　ｅＶ处出现第一个峰，峰值为４．３３　Ｘ　１０４　ｃｍ一，Ｍｏ—Ｎ共掺杂ＴｉＯ　体系在能量为２．０８４　ｅＶ处出　现第一个峰，峰值为２．８９×１０４ｅｍ～．由吸收带边可以　明显看出，掺杂后的吸收光谱发生了红移现象，比较　单掺Ｎ、单掺Ｍｏ和Ｍｏ—Ｎ共掺ＴｉＯ：体系在１．６４～３．１９　ｅＶ（对应波长为３９０—７７０　ｎｍ）的可见光区域的吸收　峰值，发现单掺Ｍｏ体系的峰值最大，因此单掺Ｍｏ体　Ｆ　ｒＱ　ｑ　ｕ　０　ｎ　ｃ　Ｙ（ｅＶ）　系对可见光的吸收效果更好。　图４掺杂前后ＴｉＯｚ体系的吸收光谱　２．４介电谱分析　图５是掺杂前后ＴｉＯ：体系的介电函数曲线图，其　中实线为介电函数的实部，对应介电常数随不同频　率人射光的变化．在无入射光情况下，介电函数的实　部对应的纵坐标是静态介电常数，从图中可以看出，　当光电子的能量为０　ｅＶ时，纯ＴｉＯ　的静介电常数值　为６．２８５，Ｎ单掺ＴｉＯ：体系的静介电常数值为５．８０２，　Ｍｏ单掺ＴｉＯ　的静介电常数值为１５．５７６，Ｍｏ—Ｎ共掺　ＴｉＯ：体系的静介电常数值为１２．４２５．当光电子能量约　为２．８５３　ｅＶ时，纯ＴｉＯ。达到最大峰值，然后随着光电　子能量的增加而急剧降低，在约为９．０３７　ｅＶ时为最　小值；当光电子能量为２．２９２　ｅＶ时，Ｎ单掺杂ＴｉＯ：体　系达到最大峰值，然后随着光电子能量的增加而急　剧降低，在约为５．２０１　ｅＶ时为最小值；当光电子能量　为３．１４０　ｅＶ时，ｂｌｏ单掺杂ＴｉＯ　体系达到最大峰值，然　后随着光电子能量的增加而急剧降低，在约为　５．２３２　ｅＶ时为最小值；当光电子能量为２．９５０　ｅＶ时，　Ｍｏ—Ｎ共掺杂ＴｉＯ：体系达到最大峰值，然后随着光电　子能量的增加而急剧降低，在约为５．４０４　ｅＶ时为最　小值，随着光电子能量增大，介电函数的变化趋势与　纯ＴｉＯ。相同．　图５掺杂前后ＴｉＯ。体系光学参数与光子能量的关系　图５中虚线为介电函数的虚部，对应介质光吸　收损失谱，它是描述电子在通过均匀介质时能量损　失情况的物理量，其各峰对应电子的带问跃迁．从图　中我们可以得到，纯ＴｉＯ：的介电函数虚部第一个能　量损失峰位于３．８８４　ｅＶ处，随着光电子能量的增大，　能量损失有所增加，在能量位于９．１　１８　ｅＶ处，峰值达　到最大；当Ｎ单掺杂ＴｉＯ：时，能量于３．６３６　ｅＶ处出现　了一个峰，与纯ＴｉＯ：相比只出现了一个明显的峰，且　峰值向低能方向移动；Ｍｏ单掺杂ＴｉＯ　时，其能量损　失峰分别位于０．６０９　ｅＶ和４．０３９　ｅＶ处；Ｍｏ—Ｎ共掺杂　ＴｉＯ：时，其能量损失峰分别位于０．５７８　ｅＶ和３．８１２　ｅＶ　处．　３结论　本文采用第一性原理密度泛函理论框架下的平　面波超软赝势方法，计算了纯ＴｉＯ　及Ｎ单掺杂ＴｉＯ：，　Ｍｏ单掺杂ＴｉＯ　，Ｍｏ—Ｎ共掺杂ＴｉＯ　体系的电子能带结　构、态密度和光学性质，分析讨论了元素掺杂对ＴｉＯ：　的电子结构、态密度和光学性质的影响，其中光学性　质主要研究了吸收系数和介电函数．基于计算结果　发现：掺杂后禁带宽度与纯ＴｉＯ：相比均呈现不同程　度的减小，它们的跃迁类型都属于间接跃迁，在费米　面附近能级变密集；同时，Ｎ单掺杂ＴｉＯ　，费米能级越　过了价带，体现出Ｐ型半导体的特征；Ｍｏ单掺杂和　Ｍｏ—Ｎ共掺ＴｉＯ：时，费米能级越过了导带，体现出ｎ　型半导体的特征．经过对纯ＴｉＯ：和掺杂后的体系的　态密度图分析发现，Ｎ单掺杂ＴｉＯ：、Ｍｏ单掺杂ＴｉＯ：和　Ｍｏ—Ｎ共掺杂ＴｉＯ：，费米能级附近主要由Ｏ的２ｐ态、　Ｎ的２ｐ态、Ｔｉ的３ｄ态、Ｍｏ的４ｄ态贡献．在光吸收特　性方面，波长为３９０—７７０　ａｍ（１．６４～３．１９　ｅＶ）的可见　光区域内有吸收谱出现，掺杂后吸收谱出现了红移　现象．在光学性质上，无入射光情况下的纯ＴｉＯ　静态　介电常数值为６．２８５，当Ｎ单掺杂ＴｉＯ：、Ｍｏ单掺杂　伊犁师范学院学报（自然科学版）　２０１７鱼　Ｏ　第一性原　ＴｉＯ　和Ｍｏ—Ｎ共掺杂ＴｉＯ　后，　其静态介电常数值分别　［６］　吴国浩，郑树凯，吕霄．Ｂｉ掺杂锐钛矿相Ｔｉ为５．８０２、１５．５７６、１２．４２５．　参考文献：　理计算［Ｊ］．无机化学学报，２０１３，２９（１）：９—１４．　程亮，甘章华，刘威，等．（Ｎｂ，Ｎ）共掺杂锐钛矿相ＴｉＯ　电子结构和光学性质的第一性原理研究［Ｊ］．物理学　报，２０１２，６１（２３）：３３９—４１２．　ＰＥＮＧ　Ｆ，ＨＵＡＮＧ　Ｌ，ＣＨＥＮ　Ｓ　Ｈ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｖｉｓｉｂｌｅ—ｌｉｇｈｔ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓ　ｏｆ　［１］张学军，张光富，金辉霞，等．Ｎ，Ｃｏ共掺杂锐钛矿相ＴｉＯ：　光催化剂的第一性原理研究［Ｊ］．物理学报，２０１３，６２　（１）：１７１０２—１７１０２．　［２］侯清玉，赵春望．高掺杂Ｎ对金红石型ＴｉＯ：电子结构和　红移影响的理论研究［Ｊ］．功能材料，２０１１，１７（１６）：９５—　１２７．　ｎｏｎｍｅｔａｌ－ｄｏｐｅｄ　ＴｉＯ２　ｌＪ　Ｊ．Ｍｏｄｅｍ　ＣｈｅｍｉｅＭ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，　２００６。３４（５）：３５—４１．　ＬＯＮＧ　Ｒ，ＥＮＧＬＩＳＨ　Ｎ　Ｊ．Ｆｉｒｓｔ—ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｉ—　ｔｒｏｇｅｎ—ｔｕｎｇｓｔｅｎ　ｃｏｄｏｐｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　［３］周诗文，彭平，唐元洪．Ｂｉ—Ｎ共掺杂对锐钛矿相ＴｉＯ：电　子结构和光学性质的影响［Ｊ］．功能材料，２０１３，４４　（２２）：２０１—３ｌ４．　ａｎａｔａｓｅ－ｔｉｔａｎｉａ　ｌＪ　Ｊ．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００９，９４　（１３）：１３２１０２．　ＭＡ　Ｘ　Ｇ，ＪＩＡＮＧ　Ｊ　Ｊ，ＬＩＡＮＧ　Ｐ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｈａ．　［４］段满益，徐明，周海平，等．过渡金属与氮共掺杂ＴｉＯ：电　子结构和光学性质的第一性原理研究［Ｊ］．物理学报，　２００７，５６（９）：３５９—３６５．　ｔｉｖｅ　ｐｏｉｎｔ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ａｎａｔａｓｅ　ＴｉＯ２（１０１）ｓｕｒｆａｃｅ［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ｐｈｙｓ．Ｓｉｎ．，２００８，５７（５）：３１２０—３１２５．　［５］黄晶晶，杜军，余雁斌，等．氮掺杂对二氧化钛光催化性　能的影响［Ｊ］．无机盐工业，２０１３，４５（９）：５８—６１．　【责任编辑：张建国】　Ｆｉｒｓｔ。。ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅａｙ　ｏｆ　Ｎ　ａｎｄ　Ｍｏ　Ｄｏｐｅｄ　Ａｎａｔａｓｅ　Ｔｉ０２　ＷＡＮＧ　Ｙａｎ—ｈｕｉ　，ＸＵ　Ｍｉｎｇ－ｊｉｅ。，ＨＵＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｓｏｎｇ　，ＬＥＩ　Ｂｏ—ｃｈｅｎｇ　，ＸＩＡ　Ｔｏｎｇ‘，ＺＨＡＮＧ　Ｌｉ—ｌｉ　，　ｆＪ．Ｘｉｎｇｆｉａｎｇ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ＯｆＰｈａｓｅ　Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｉｎ　Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ　Ｍａｔｔｅｒ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＰｈｙｓｉｃｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙｉｌｉ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｉｎｇ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ　８３５０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｌａｂ　ｏｆＳｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｍｉｅｒｏｓｔｕｃｔｒｕｒｅｓ，　Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ　２１００９３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｔａｔｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｐｕｒｅ　ＴｉＯ２　ａｎｄ　Ｎ　ｓｉｎｇｌｅ　ｄｏｐｅｄ　ＴｉＯ２．Ｍｏ　ｓｉｎｇｌｅ　ｄｏｐｅｄ　ＴｉＯ２　ａｎｄ　Ｍｏ—Ｎ　ＣＯ—ｄｏｐｅｄ　ＴｉＯ２　ｗｅｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｉｆｒｓｔ—ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｔｈｅ－　ｏｒｙ．Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ：ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ，ａｆｔｅｒ　ｄｏｐｅｄ　Ｎ，Ｍｏ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ　ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ　ｏｆ　ＴｉＯ２　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｈａｎｇｅｄ，ｔｈｅ　ｗｉｄｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇａｐ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｔｙｐｅ　ｉｓ　ｉｎｄｉｒｅｃｔ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ　ｂａｎｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｖａｌｅｎｃｅ　ｂａｎｄ　ｂｅｃａｍｅ　ｄｅｎｓｅｒ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｔｈｅ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　Ｎ　ｓｉｎｇｌｅ　ｄｏｐｅｄ　Ｔｉ０２，Ｍｏ　ｓｉｎｇｌｅ　ｄｏｐｅｄ　ＴｉＯ２　ａｎｄ　Ｎ—Ｍｏ　ＣＯ—ｄｏｐｅｄ　ＴｉＯ２　ｓｈｏｗｅｄ　ｒｅｄ　ｓｈｉｆｔ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｅａｋ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐｅａｋ　ｗａｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｐｕｒｅ　ＴｉＯ２　ｗａｓ　６．２８５，ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ　ｄｏｐｅｄ　Ｎ　ｅｌｅｍｅｎｔ，ｓｉｎｇｌｅ　ｄｏｐｅｄ　Ｍｏ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｍｏ—Ｎ　ＣＯ—ｄｏｐｅｄ，ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｖａｌｕｅｓ　ｗｅｒｅ　５．８０２，１５．５７６，１２．４２５．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＴｉＯ２；ｔｈｅ　ｉｆｒｓｔ—。ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｂａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｓｔａｔｅｓ；ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ