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Mn2+/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Mn2+掺杂的含VO/VZn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Mn2+/3+/4+掺杂的含中性空位(VO 0/VZn 0)的ZnO中,Mn的价态越高,体系形成能越低,结构越稳定.Mn2+掺杂的含VO 0/VZn 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,VO 0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VO 0体系在360～509 nm内的吸收强度最大,而含VZn 0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、VO 0/VZn 0引导的体系自旋极化引起.因此,含VO 0/VZn 0的ZnO:Mn体系是有较好应用前景的光催化材料.

价态;点空位;光学性质;ZnO

关玉琴;侯清玉;谷玉兰

内蒙古工业大学理学院,呼和浩特010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特010051;内蒙古薄膜与涂料重点实验室,呼和浩特010051

材料导报

[1]关玉琴;侯清玉;谷玉兰-.不同价态的Mn和点空位对ZnO体系光学性能的影响)[J].材料导报,2022(02):35-41

点空位

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