一种新型二维TiO2的电子结构与光催化性质

作     者：熊子谦 张鹏程 康文斌 方文玉 Xiong Zi-Qian;Zhang Peng-Cheng;Kang Wen-Bin;Fang Wen-Yu

作者机构：湖北医药学院公共卫生与管理学院十堰442000 湖北省南水北调水源区生物医药研发检测共享平台十堰442000 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:11947006) 湖北医药学院人才启动金项目(批准号:2018QDJZR22) 湖北省教育厅科学技术研究项目(批准号:B2018434)资助的课题 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2020年第69卷第16期

页      码：184-193页

摘      要：基于第一性原理计算方法,设计出了一种新型二维半导体材料TiO2,并进一步研究了其结构稳定性,电子结构,载流子迁移率和光学性质等.二维TiO2的形成能、声子谱、分子动力学、弹性常数表明,二维TiO2具有较好的动力学,热力学和机械稳定性,具备实验制备的条件,且能够稳定存在于常温条件下.电子结构分析表明,二维TiO2是一种间接带隙半导体,在GGA+PBE和HSE06算法下的能隙分别为1.19 e V和2.76 e V,其价带顶和导带底能级分别由Ti-3d和Ti-4s态电子构成, O原子的电子态在费米能级附近贡献很小,主要分布在深处能级.载流子迁移率显示,二维TiO2的迁移率比单层Mo S2要小,其电子和空穴迁移率分别为31.09和36.29 cm2·V–1·s–1.由于空穴迁移率和电子迁移率的各向异性,电子-空穴复合率较低,使得单层TiO2的使用寿命更长,光催化活性更好.在应变调控下,二维TiO2的能隙发生明显响应,以适用于各种半导体器件的需要.半导体的带边势和光学性质显示,在–5%-2%单/双轴应变下,二维TiO2能够光裂水制H2,在–5%-5%单/双轴应变下,能够光裂水制O2, H2O2和O3等.此外,二维TiO2对可见光和紫外光具有较高的吸收系数,说明其在未来光电子器件和光催化材料领域有着潜在的应用前景.

主 题 词：二维TiO2 第一性原理 电子结构 光学性质 

学科分类：07[理学] 070205[070205] 0805[工学-能源动力学] 0704[理学-天文学类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.7498/aps.69.20200631

馆 藏 号：203968619...