稀散金属掺杂铁酸锌电子结构和浸出性的第一性原理研究

摘要

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,研究了铟、镓占据铁酸锌中四面体和八面体间隙对其晶体结构、电子结构以及浸出性的影响,具体分析了价键结构、能带、态密度、差分电荷密度等。计算结果表明:In和Ga原子进入铁酸锌晶格中均会破坏晶格的对称性,In原子的取代相对于Ga对晶格体积的影响要更大一些;无论是In原子还是Ga原子,都更倾向于占据铁酸锌的Zn位;能带及态密度计算结果表明,In和Ga原子取代后,材料的性质转变为半金属、金属属性,且In原子的4d态和Ga原子的3d态电子最为活跃,与O原子相互结合紧密;In、Ga原子进入铁酸锌晶格中,会削弱其周围其它的氧化键,使得Zn-O键和Fe-O键变弱,更易被破坏,强化了铁酸锌的浸出。