Structural, Electronic, and Optical Properties of Eu-Doped BiOX (X = F, Cl, Br, I): A DFT+U Study

兴奋剂 带隙 化学 光致发光 杂质 电子能带结构 凝聚态物理 光电子学 材料科学 物理 有机化学
作者
Zong‐Yan Zhao,Wen‐Wu Dai
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:53 (24): 13001-13011 被引量:134
标识
DOI:10.1021/ic5021059
摘要

In order to understand the photophysical properties and explain the experimental observations of Eu-doped BiOX (X = F, Cl, Br, I), the crystal structure, electronic structure, and optical properties of pure BiOX and Eu-doped BiOX have been calculated using the DFT+U method. By Eu doping, the band gap of BiOI is slightly narrowed, while the band gaps of others (BiOF, BiOCl, and BiOBr) are slightly broadened. Importantly, there is an isolated impurity energy band in the middle of the band gap, which is formed by seven spin-up energy levels of Eu-4f states. Furthermore, Eu doping enhances the internal electric fields of BiOX and makes the variation of band gaps and band widths become more outstanding, especially for the band widths of X-ns, O-2s, and Bi-6s related bands. Taking into account the energy level matching and band edge position, Eu-doped BiOCl is favorable not only for the photoluminescence application but also for the photocatalysis application. The findings in the present work could well explain the experimental observations in the literature and are helpful for the development of novel optoelectronic applications of BiOX-based materials.
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