Cu掺杂及缺陷共存对ZnO光催化影响的理论研究

采用密度泛函理论研究了Cu掺杂及缺陷共存对ZnO光催化性能的影响.计算时考虑了富O和贫O两种掺杂条件.研究结果表明富O条件有利于Cu的掺杂,贫O条件则产生抑制作用.当Cu掺杂浓度较低时,不论在何种掺杂条件下,Cu的主要掺杂方式均为Cu_(Zn)型.当Cu掺杂浓度较高时,富O条件下以Cu_(Zn)-Cu_(Zn)型掺杂方式为主,贫O条件下Cu_(Zn)-Cu_(Zn)和Cu_(Zn)-Cui这两种掺杂方式都有可能出现.富O条件下Cu掺杂会促进V_(Zn)和O_(i)缺陷的产生,且引入的V_(Zn)和O_(i)缺陷趋向于距离Cu原子最近.Cu掺杂可有效降低ZnO的带隙宽度,且随着掺杂浓度的增加,相应模型的带隙宽度会继续降低.V_(Zn)、O_(i)和V_(O)缺陷共存使相应模型的带隙宽度有所增加.Cu掺杂及V_(Zn)、O_(i)、V_(O)缺陷共存使模型对可见光发生响应,扩展了模型对太阳光的吸收范围.对于Cu掺杂模型,富O条件下Cu_(Zn)-Cu_(Zn)是有利的光催化模型.对于缺陷共存模型,富O条件下Cu_(Zn)-Cu_(Zn)-V_(Zn)是有利的光催化模型,其次是Cu_(Zn)-V_(Zn)和Cu_(Zn)-O_(i),贫O条件下Cu_(Zn)-V_(O)是有利的光催化模型.

第一性原理研究Ag掺杂及缺陷共存对ZnO光催化性质的影响

运用第一性原理研究了Ag掺杂及缺陷共存对ZnO光电性质的影响。计算结果表明富O条件有利于Ag的掺杂,贫O条件不利于Ag的掺杂。Ag掺杂浓度较低时有利于模型的稳定,其在富O或贫O条件下都以Ag_(Zn)为主要掺杂方式。当Ag掺杂浓度较高时,富O条件下以Ag_(Zn)-Ag_(Zn)为主要掺杂方式,贫O条件下Ag_(Zn)-Ag_(i)是较为有利的掺杂方式。富O条件下Ag掺杂较难引入V_(Zn)和O_(i)共存缺陷。贫O条件下优先出现的模型为V_(O),V_(O)在一定程度上会促进Ag的掺杂。Ag掺杂降低了ZnO的带隙宽度,掺杂浓度越大模型带隙宽度越窄。V_(Zn)、V_(O)和O_(i)缺陷共存不同程度地增加了Ag掺杂模型的带隙宽度。Ag掺杂及V_(Zn)和O_(i)缺陷共存均使ZnO吸收边红移至可见光区,扩展了ZnO对太阳光的吸收范围,而Ag_(Zn)-V_(O)在可见光范围内依然是透明。在低能区紫外-可见光范围内,Ag_(Zn)-Ag_(Zn)表现出更高的光吸收率,但是相应形成能也高于Ag_(Zn)。V_(Zn)的引入提高了Ag_(Zn)-V_(Zn)和Ag_(Zn)-Ag_(Zn)-V_(Zn)对低能区紫外-可见光的吸收,V_(O)的引入有利于ZnO表面吸附更多的O_(2)进而产生更多的H_(2)O_(2)和·HO强氧化性物质,即V_(Zn)和V_(O)缺陷共存都有利于ZnO光催化性能的提高。

Al掺杂对HfO_2俘获层可靠性影响第一性原理研究

采用基于MS(Materials Studio)软件和密度泛函理论的第一性原理方法,研究了HfO2俘获层的电荷俘获式存储器(Charge Trapping Memory,CTM)中电荷的保持特性以及耐擦写性.在对单斜晶HfO2中四配位氧空位(VO4)缺陷和VO4与Al替位Hf掺杂的共存缺陷体(Al+VO4)两种超晶胞模型进行优化之后,分别计算了其相互作用能、形成能、Bader电荷、态密度以及缺陷俘获能.相互作用能和形成能的计算结果表明共存缺陷体中当两种缺陷之间的距离为2.216时,结构最稳定、缺陷最容易形成;俘获能计算结果表明,共存缺陷体为双性俘获,且与VO4缺陷相比,俘获能显著增大;Bader电荷分析表明共存缺陷体更有利于电荷保持;态密度的结果说明共存缺陷体对空穴的局域能影响较强;计算两种模型擦写电子前后的能量变化表明共存缺陷体的耐擦写性明显得到了改善.因此在Hf O2俘获层中可以通过加入Al杂质来改善存储器的保持特性和耐擦写性.本文的研究可为改善CTM数据保持特性和耐擦写性提供一定的理论指导.