مطالعه نظری خواص ساختاری و الکترونی نانو فوتوکاتالیست روی اکسید

کار حاضر خواص ساختاری، الکترونی و نوری فوتوکاتالیست zno با ساختار بلند روی* در حالت انبوهه* و سطح (110) و فرآیند جذب o2 روی سطح (110)znxo1-x بلند روی، با مقادیر مختلف x، به منظور بهبود جذب o2 مورد مطالعه قرار گرفته است. محاسبات با استفاده از روش شبه پتانسیل امواج تخت در چارچوب نظریه ی تابعی چگالی* (dft) با استفاده از نرم افزار materials studio در روش های تقریب شیب تعمیم یافته* (gga) و gga+u با مجموعه پایه pw91 انجام شده است. خواص ساختاری این ترکیب در حالت انبوهه از جمله ثابت شبکه، گاف انرژی، زوایای بین بردار های اصلی و انرژی اوربیتال 3d برای اتم zn با استفاده از تقریب های gga و gga+u مورد بررسی قرار گرفته است. محاسبات نشان می دهد که برای چگالی حالت ها قسمت پایین تر باند ظرفیت توسط اوربیتال 2s اتم o و قسمت بالا تر توسط اوربیتال 2p اتم o در این ترکیب احاطه شده است. اندازه گاف انرژی با استفاده از تقریب gga در راستای g-g برابر با ev 655/0 به دست آمده است، اما با بکارگیری روش gga+u و در نظر گرفتنev 5/11ud= برای اتم zn و ev 7up= برای اتم o، گاف انرژی برابر با ev 256/3 به دست آمده است. این مقدار بسیار نزدیک به مقدار تجربی آن،ev 27/3 است و نشان می دهد که وارد کردن اثر اسپین الکترون در اوربیتال d و p منجر به نتایج بهتری می شود. به علاوه سهم موهومی و حقیقی تابع دی الکتریک، اتلاف انرژی الکترون و ضریب جذب برای انبوهه این ترکیب نیز مورد بررسی قرار کرفته است. در فرآیند جذب، چگالی حالات و انرژی جذب o2 روی سطح (110)znxo1-x ، توسط ساختار سطوح znxo1-x در تقریب gga محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد که انرژی جذب o2 روی سطح znxo1-x به غلظت x وابستگی بسیاری دارد.