การศึกษาหลักการพื้นฐานของสมบัติทางไฟฟ้าและ สมบัติเชิงแสงของไทเทเนียมไดออกไซด์
คำสำคัญ:
ช่องว่างแถบพลังงาน, ความหนาแน่นสถานะ, การดูดกลืนแสงบทคัดย่อ
ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพในการเกิดปฏิกิริยาการกระตุ้นด้วยแสง นำมาใช้อย่างแพร่หลายในกระบวนการ Photocatalysis เนื่องจากไทเทเนียมไดออกไซด์ไม่เป็นพิษ มีสมบัติทางเคมีที่เสถียร และ ช่องว่างแถบพลังงานประมาณ 2.00-3.20 eV เป็นช่วง UV และ VB ในงานวิจัยนี้ใช้หลักการพื้นฐานของทฤษฎีความหนาแน่นเชิงฟังก์ชัน ศึกษาโครงสร้างเสถียรของ TiO2 (Rutile, Anatase และ Brookite) แล้วนำไปคำนวณหาสมบัติทางไฟฟ้า และสมบัติทางแสงโดยใช้การประมาณพลังงาน Exc 3 รูปแบบคือ LDA GGA และ MGGA การประมาณฟังก์ชัน MGGA ให้ค่าช่องว่างแถบพลังงาน 2.83, 3.10 และ 2.93 eV ตามลำดับ ผลที่ได้ใกล้เคียงกับผลการทดลองมากที่สุดจากนั้นคำนวณความหนาแน่น อิเล็กตรอนส่วนใหญ่จะมาจากการกระจายตัวของอะตอม Ti-d และ O-p ผลของการดูดกลืนแสงเกิดขึ้นช่วงความยาวคลื่น 250-450 nm ซึ่งอยู่ในช่วงความยาวคลื่นของ UV
เอกสารอ้างอิง
Rahimi N, Pax RA, Gray EM. Review of functional titanium oxides. I: TiO2 and its modifications. Progress in Solid State Chemistry, 2016. 44(3): p. 86-105.
Mohamad M, et al. A density functional study of structural, electronic and optical properties of titanium dioxide: Characterization of rutile, anatase and brookite polymorphs. Materials Science in Semiconductor Processing, 2015. 31: p. 405-414.
Su C, et al. Sol–hydrothermal preparation and photocatalysis of titanium dioxide. Thin Solid Films, 2006. 498(1): p. 259-265.
Noman MT, Ashraf M.A., and Ali A. Synthesis and applications of nano-TiO2: a review. Environmental Science and Pollution Research, 2019. 26(4): p. 3262-3291.
Broyden CG. The Convergence of a Class of Double-rank Minimization Algorithms 1. General Considerations. IMA Journal of Applied Mathematics, 1970. 6(1): p. 76-90.
Amtout A, Leonelli R. Optical properties of rutile near its fundamental band gap. Physical Review B, 1995. 51(11): p. 6842-6851.
Tang H, et al. Electrical and optical properties of TiO2 anatase thin films. Journal of Applied Physics, 1994. 75(4): p. 2042-2047.
Evtushenko YM, et al. Optical Properties of TiO2 Thin Films. Physics Procedia, 2015. 73: p. 100-107.
Nam Y, et al. Photocatalytic activity of TiO2 nanoparticles: a theoretical aspect. Journal of Materials Chemistry A, 2019. 7(23): p. 13833-13859.
Hohenberg P, Kohn W. Inhomogeneous Electron Gas. Physical Review, 1964. 136(3B): p. B864-B871.
Kohn W, Sham LJ. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects. Physical Review, 1965. 140(4A): p. A1133-A1138.
Perdew JP, Wang Y. Accurate and simple analytic representation of the electron-gas correlation energy. Physical Review B, 1992. 45(23): p. 13244-13249.
Perdew JP, Burke K, Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple. Physical Review Letters, 1996. 77(18): p. 3865-3868.
Tran F, Blaha P. Accurate Band Gaps of Semiconductors and Insulators with a Semilocal Exchange-Correlation Potential. Physical Review Letters, 2009. 102(22): p. 226401.
Gonze X, et al. ABINIT: First-principles approach to material and nanosystem properties. Computer Physics Communications, 2009. 180(12): p. 2582-2615.
Smidstrup S, et al. First-principles Green's-function method for surface calculations: A pseudopotential localized basis set approach. Physical Review B, 2017. 96(19): p. 195309.
Burdett JK, et al. Structural-electronic relationships in inorganic solids: powder neutron diffraction studies of the rutile and anatase polymorphs of titanium dioxide at 15 and 295 K. Journal of the American Chemical Society, 1987. 109(12): p. 3639-3646.
Titanium oxide (TiO2): crystal structure, lattice parameters and related parameters of anatase: Datasheet from Landolt-Börnstein - Group III Condensed Matter · Volume 41D: "Non-Tetrahedrally Bonded Binary Compounds II" in SpringerMaterials (https://doi.org/10.1007/10681735_160). Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
ดาวน์โหลด
เผยแพร่แล้ว
ฉบับ
ประเภทบทความ
สัญญาอนุญาต
ลิขสิทธิ์ (c) 2022 วารสารวิจัย มข. (ฉบับบัณฑิตศึกษา)
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
