N-F共掺杂锐钛矿二氧化钛（101）面纳米管的第一性原理研究

共掺杂是提高二氧化钛纳米管可见光催化性能的一种有效方式.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了N单掺杂、F单掺杂及N-F共掺杂二氧化钛纳米管的原子结构、电子性质和光学性质.计算结果表明,相比N单掺杂和F单掺杂,N-F共掺杂二氧化钛纳米管的形成能更低,掺杂后的体系热力学稳定性更好.此外,相比未掺杂时的带隙,N-F共掺杂后体系的带隙变化最多,减少了0.557 eV,而这主要源于价带顶附近的杂质能级的贡献.此外,通过分析掺杂后的光催化活性发现,N-F共掺杂时纳米管的还原性和氧化性都有所降低,但并没有丧失活性,并且光吸收谱表明,共掺杂体系的红移现象最为明显.因此,N-F共掺杂可有效提高二氧化钛纳米管可见光的光催化性能.