Effects of Nb concentration on Nb-doped anatase TiO2: DFT + U calculations

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作者
Xiangjiang Xiao,Jinfu Wang,Hanming Zhu,Lei Liu,Zuming Liu,Jielei Tu
出处
期刊:Physica Scripta [IOP Publishing]
卷期号:97 (5): 055819-055819 被引量:7
标识
DOI:10.1088/1402-4896/ac670a
摘要

Abstract The crystal structure, formation energy, electronic structure, electrical properties and optical properties of anatase TiO 2 with various Nb concentrations were studied by first-principles calculations based on density functional theory (DFT) and the Hubbard U correction. Firstly, the crystal structures of TiO 2 with various Nb concentrations were optimized successfully. The higher concentrations of Nb facilitate the synthesis of Nb-doped TiO 2 systems in an O-rich environment. Furthermore, the band structures and density of states prove that the electronic structure of Nb-doped TiO 2 is mainly transformed by the hybridization of Ti 3d, Nb 4d and O 2p states. Next, broadening of the valence band and occupied states at the bottom of the conduction band enhance the conductivity of Nb-doped TiO 2 , and the conductivity reaches the maximum value at the high Nb-doping concentration of 6.25 at.%. Last but not least, the calculated optical properties show that the absorption edge of Nb-doped TiO 2 produces an blue shift. TiO 2 with Nb-doping concentration below 14.58 at.% exhibits the high transmittance in the visible region.
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