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BixSr1-xTiO3钙钛矿的电子结构、能带结构及光学性质的第一性原理计算

DOI：10.1016/j.jpcs.2018.11.023 期刊：Journal of Physics and Chemistry of Solids 出版年份：2018 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： 基于第一性原理平面波超软赝势方法，我们建立了钙钛矿型氧化物BixSr1-xTiO3（x=0、0.25、0.5、0.625、1）的模型，并研究了其几何优化、电子结构及能带结构。计算结果表明：当Sr2+被Bi3+取代后，BixSr1-xTiO3的结合能降低。能带结构计算显示BixSr1-xTiO3为直接带隙半导体。Bi3+离子的部分取代可增大带隙并使吸收光谱蓝移，其带隙值大小顺序为：Bi0.625Sr0.375TiO3>Bi0.5Sr0.5TiO3>Bi0.25Sr0.75TiO3>SrTiO3>BiTiO3；而吸收光谱展宽程度顺序为：Bi0.625Sr0.375TiO3>BiTiO3>Bi0.5Sr0.5TiO3>Bi0.25Sr0.75TiO3>SrTiO3。根据态密度分析，价带顶由O-2p与Sr-5s轨道杂化构成，导带底主要由Ti-3d和Bi-6p态组成。通过Bi离子取代Sr离子可实现钙钛矿SrTiO3光催化活性的调控，含铋钙钛矿BiTiO3有望成为潜在的光催化材料。
作者： Yuzhen Fang，Xiangjin Kong，Dongting Wang，Junhai Liu，Shouxin Cui
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研究概述 实验方案

研究目的

采用第一性原理密度泛函理论研究BixSr1-xTiO3钙钛矿的电子、能带结构及光学性质。

研究成果

DFT计算结果表明，BixSr1-xTiO3（x>0）结构的结合能有所下降。A位Bi离子的取代会影响ABO3钙钛矿复合氧化物的带隙。吸收光谱显示，BiTiO3体系的紫外吸收性能得到提升，这可能有效提高其光催化活性?；贐i的钙钛矿BiTiO3有望成为一种潜在的光催化材料。

研究不足

由GGA计算得到的带隙值因该函数本身的特性而低于实验值，因此不能用于精确计算绝对能量。然而，其相对值对于分析能带结构和电子性质仍然非常准确。

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