Расчет электронного спектра поглощения нанокластера (TiO2)15, допированного атомом азота
- Авторы: Михайлов Г.П.1
-
Учреждения:
- Уфимский университет науки и технологий
- Выпуск: № 16 (2024)
- Страницы: 510-516
- Раздел: Первопринципное и атомистическое моделирование
- URL: https://journal-vniispk.ru/2226-4442/article/view/319456
- DOI: https://doi.org/10.26456/pcascnn/2024.16.510
- EDN: https://elibrary.ru/CDQBNQ
- ID: 319456
Цитировать
Полный текст
Аннотация
На начальной стадии формирования наночастиц диоксида титана образуются кластеры ( TiO 2) n , которые благодаря своим уникальным электронным структурам могут иметь повышенную реакционную способность в сравнении с наночастицами больших размеров. Методами теории функционала плотности выполнен квантово-химический расчет равновесной геометрии кластеров ( TiO 2)15 и Ti 15 O 29 N 1 рутильной модификации. С помощью нестационарной теории функционала плотности в приближении TD DFT/B3LYP/6-31G(d) рассчитаны электронные спектры поглощения кластеров в вакууме и водной среде. Для допированного атомом азота кластера Ti 15 O 29 N 1 характерно наличие полос поглощения с длинами волн преимущественно в видимой области спектра (430-780 нм) и значительное уменьшение энергетического зазора Egap между нижней вакантной и высшей занятой молекулярными орбиталями в сравнении с ( TiO 2)15. Показано влияние положения атома азота в центральном фрагменте TiO 6 кластера Ti 15 O 29 N 1 на величину Egap , смещение электронного спектра поглощения и максимальную силу осциллятора fmax среди 30 электронных переходов. Установлено, что при учете водной среды положения полос поглощения в электронных спектрах сдвигаются в область более коротких длин волн. Для переходов с наибольшим значением силы осциллятора наличие водной среды приводит к значительному увеличению величины fmax .
Об авторах
Геннадий Петрович Михайлов
Уфимский университет науки и технологий
Email: gpmikhailov@mail.ru
д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры материаловедения и физики металлов
Список литературы
- Zavatski, S. Density functional theory for doped TiO2: current research strategies and advancements / S. Zavatski, E. Neilande, H. Bandarenka et.al. // Nanotechnology. - 2024. - V. 35. - № 19. - Art. № 192001. - 28 p. doi: 10.1088/1361-6528/ad272e.
- Du, S. Visible light-responsive N-doped TiO2 photocatalysis: synthesis, characterizations, and applications / S. Du, J. Lian, F. Zhang // Transactions of Tianjin University. - 2022. - V. 28. - I. 1. - P. 33-52. doi: 10.1007/s12209-021-00303-w.
- Пат. 2789160 Российская Федерация, МПК B01J 35/00 (2006.01) и др. Легированные азотом наночастицы TiO2 и их применение в фотокатализе / Бальди Д., Никколай Л. и др.; заявитель и патентообладатель КОЛОРОББИА КОНСАЛТИНГ С.Р.Л. (IT). - № 2020137621; заявл. 02.05.19; опубл. 30.01.23, Бюл. № 4. - 3 с.
- Qu, Z.-w. Theoretical study of stable, defect-free (TiO2)n nanoparticles with n=10-16 / Z.-w. Qu, G.-J. Kroes // The Journal of Physical Chemistry C. - 2007. - V. 111. - I. 45. - P.16808-16817. doi: 10.1021/jp073988t.
- Cossi, M. Energies, structures, and electronic properties of molecules in solution with the C-PCM solvation model / M. Cossi, N. Rega, G. Scalmani et al. // Journal of Computational Chemistry. - 2003. - V. 24. - I. 6. - P. 669-681. doi: 10.1002/jcc.10189.
- Frisch, M.J. Gaussian 09 (Revision D.01) / M.J. Frisch, G.M. Trucks et al. - Wallingford: Gaussian Inc., 2013.
- Chemcraft - graphical software for visualization of quantum chemistry computations. Version 1.6. - Режим доступа: www.chemcraftprog.com. - 1.09.2024.
- Kakil, S. Theoretical and experimental investigation of the electronic and optical properties of pure and interstitial nitrogen-doped (TiO2)n cluster / S. Kakil, H.Y. Abdullah, T.G. Abdullah // Preprint posted 17.11.2021. doi: 10.21203/rs.3.rs-975265/v1.
- Ansari, S.A. Nitrogen-doped titanium dioxide (N-doped TiO2) for visible light photocatalysis / S.A. Ansari, M.M. Khan, M.O. Ansari, M.H. Cho. // New Journal of Chemistry. - 2016. - V. 40. - I. 4. - P. 3000-3009. doi: 10.1039/c5nj03478g.
Дополнительные файлы
