掺杂对laof电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

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1、学校代号：10532学密号：S11072叭9级：不保密湖南大学硕士学位论文掺杂对La0F电子结构和光学性质影响的第一性原理研究堂焦由遗厶丝刍；蕉垒垩途窒握童旦塑；2Q!垒生三旦!Q目迨室簦燮旦期；2Q!垒生三月22旦筌避重虽金圭匿!进主Theef诧ctofdopingonelectronicandopticalpropertiesofLa0F：afirst—principlescalculationsbyLONGJinpingB．S．(HengyangNormalUniVersity)2011Athesissubmittedinpartialsatisf．actionoftheR

2、equirementsforthedegreeofMasterofSciencePhysicsintheGraduateschoolofHunanUniVersitySuperVisorProfessorHUANGGuifangMay，2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：幢金平日期：押烨年，月节目学位论文

3、版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密囹。(请在以上相应方框内打“√”)日期：知j涉年j月)，7日日期：扣·D年厂月1-夕日平哮舭拉菇煮，蕊琦名名．签签匕j再P亳归阼导掺杂对LaoF电子结构和光学性质影响的第一性原理研究摘要进入2l世纪，能源危机和环境问题已经制约了人类的可持续发展，

4、如何缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾成为摆在我们面前亟待解决的问题。当前常用能源有煤炭、石油、天然气等不可再生能源，其燃烧所释放的有毒气体如一氧化碳、二氧化硫以及氮氧化合物等对环境和人类健康造成极大危害，使用氢能可以避免上述的问题，而利用半导体光催化剂在日照下产生氢气更是一种经济实惠的方法。La0F具有良好的结构兼容性，很好的物理和化学稳定性，很低的声子能等特点，是一种潜在的高效光催化剂。半导体的光催化性能，主要取决于半导体的光吸收能力和合适的氧化还原势，以及抵制光生空穴和光生电子快速复合的能力，而这些因素跟带隙有很大的关系。研究显示，掺杂是一种可以使带隙减小，进而使吸收带边延

5、伸至可见光区的有效手段。本文采用第一性原理研究了LaOF掺杂稀二t元素、卤族元素和氧族元素对电子结构和光学性能的影响，取得了以下几个研究结果：(1)研究了ce，Pr，Nd和Pm等稀土元素掺杂对La0F电子结构和光学性质的影响。发现掺杂后带隙减小，并以Ce至Pm掺杂的次序逐渐递减，同时在主带隙中出现了4f杂质能级；光催化过程中，电子从价带顶跃迁到4f能级，然后再从4f能级跃迁到导带底，降低了电子从价带项跃迁到导带底所需要的能量，对材料的光学性能产生了很大的影响，Nd掺杂产生了两个4隙质能级，虽然带隙比Pm掺杂的大，但其光吸收能力比Pm掺杂更好。(2)研究了Cl，Br和I等卤族元素掺

6、杂对LaOF电子结构和光学性质的影响。发现掺杂后LaOF出现了晶体结构的畸变，I掺杂最明显，主要原因是I元素在所选的卤族元素里半径是最大的：掺杂后La0F的带隙减小，但是三个掺杂系统的差别不是很大；从光吸收曲线看出，掺杂后LaOF的光学性质得到了提高，但是3个掺杂系统的差别不是很大。(3)研究了S，Se和Te等卤族元素掺杂对LaOF电子结构和光学性质的影响。发现掺杂后带隙减小，并且以S至Te掺杂的次序递减；LaOF的导带分裂出La5d轨道，形成了中间能级，该能级可是使电子从价带顶分步跃迁到导带底，因此对材料的光学性质影响很大；由于Te掺杂的中间能级移动的最明显且带隙最小，因而它的

7、光吸收能力远强于另外两个掺杂系统。关键词：LaOF；掺杂；光催化；电子和光学特性；第一性原理计算II硕士学位论文AbstractInthe2lstcentury，theenergycrisisandenVironmentalproblemshaVehamperedthesustainabledevelopment，economicdeVelopmentandhowtOeasethecontradictionbetweenenergyandtheenVironmentinfront