مروری بر آلاینده های آنیونی، کاتیونی و آلاینده های اشتراکی در دی اکسید تیتانیوم (آناتاز) و تاثیر آن بر گاف نواری

دی اکسید تیتانیوم (TiO۲) یک ماده نیمه هادی است که خواص نوری، الکترونیکی و فتوکاتالیستی بسیار عالی در کاربردهای مختلفی ایفا کرده است. اما گاف نواری پهن آناتاز ( eV۲/۳) باعث کاهش خواص نوری و الکترونیکی آن تحت نور مرئی شده است. به همین دلیل این گاف نیاز به باریک سازی دارد که یکی از این روش­ها آلاییدگی توسط عناصر مختلف است. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر انواع آلاینده های کاتیونی، آنیونی و آلایش مشترک بر گاف نواری و خواص نوری آناتاز است. آلاییدگی از نوع جانشین در محل اتم های اکسیژن (آلاییدگی آنیونی) نشان داده که اضافه کردن عنصر کربن به ساختار علاوه بر کاهش گاف نواری منجر به ایجاد ترازهای میانی زیر سطح فرمی می­شود و حضور این ترازها در بهبود جذب نور در ناحیه مرئی موثر عمل می­کند. در مقابل افزودن اتم گوگرد به جای اکسیژن منجر به اختلاط حالت­های O ۲p و S ۳p شده و با افزودن غلظت آلاینده گاف نواری به تدریج سیر نزولی دارد. نکته حائز اهمیت درباره غلظت آلاینده نیتروژن که از مهم­ترین آلاینده­های آنیونی است این بوده که در غلظت های بیشتر از ۴/۱% منجر به ایجاد ترازهای میانی در گاف ممنوعه در نواحی نزدیک به سطح فرمی شده و افزایش بازترکیب[۱] حامل های بار را سبب می­شود. در آلایش های کاتیونی جایگزینی آلاینده در محل اتم تیتانیوم انجام می شود. آلایش عناصر واسطه باعث ایجاد ترازهای ناخالصی نیمه پر در منطقه ممنوعه شده و هم زمان گاف نواری را نیز کاهش داده است. علاوه بر این آلاینده آهن در حضور تهی جای اکسیژن منجر به کاهش گاف به مقدار  eV۴۹/۱ شده است که در مقایسه با سایر آلاینده ها بیشترین تاثیر را دارد. آلاییدگی مشترک در آناتاز با هدف بهبود گاف نواری و کاهش بازترکیب حامل­های بار مورد توجه بوده و این مهم منجر به افزوده شدن ترازهای ناخالصی در بالای نوار ظرفیت و پایین نوار رسانش می شود و در برخی کاربردها نظیر فرآیندهای فتوکاتالیستی می تواند عملکرد بهینه ای ارائه کند.   [۱] Recombination   [۱] Recombination

Keywords:

Anatase , density function theory , doping , band gap , conduction band , capacity band. , آناتاز , نظریه تابع چگالی , آلایش , گاف نواری , نوار رسانش , نوار ظرفیت.