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首页> 中文期刊> 《材料导报》 >不同价态的Mn和点空位对ZnO体系光学性能的影响

不同价态的Mn和点空位对ZnO体系光学性能的影响

         
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目前,因为实验上点空位的精确测量调控对ZnO∶Mn体系物理性质的影响具有挑战性,而第一性原理解决此问题有一定的优势,所以用第一性原理研究了Mn^(2+/3+/4+)掺杂和氧空位或锌空位(VO/VZn)对ZnO的结构稳定性、电子结构和光学性质的影响。研究结果显示,所有体系在富氧条件下的形成能比富锌条件下的形成能低,说明ZnO∶Mn在富氧条件下容易形成稳定结构。在Mn^(2+)掺杂的含V_(O)^(0)/V_(Zn)^(0)的ZnO体系中,VO价态越低,体系形成能越低,结构越稳定;而对于VZn价态则相反。在Mn^(2+/3+/4+)掺杂的含中性空位(V_(O)^(0)/V_(Zn)^(0))的ZnO中,Mn的价态越高,体系形成能越低,结构越稳定。Mn^(2+)掺杂的含V_(O)^(0)/V_(Zn)^(0)的ZnO体系的光学带隙变窄,在可见光范围内吸收光谱红移。其中,VO0杂质能级和费米能级部分重叠形成陷阱效应,更有利于产生电子-空穴对。此外,含V_(O)^(0)体系在360~509 nm内的吸收强度最大,而含VZn0体系在509~760 nm范围内的吸收强度最大。ZnO∶Mn体系对可见光的响应主要由Mn、Zn和O离子之间的sp-d相互作用和Mn掺杂、V_(O)^(0)/V_(Zn)^(0)引导的体系自旋极化引起。因此,含V_(O)^(0)/V_(Zn)^(0)的ZnO∶Mn体系是有较好应用前景的光催化材料。

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