Origin of the different conductive behavior in pentavalent-ion-doped anatase and rutile TiO$_2$
用自旋极化GGA+ \emph{U}方法研究了五价离子（Nb $^{5+}$，Ta $^{5+}$，I $^{5+}$）掺杂的金红石型TiO $_2$的电子性质.计算结果表明，掺杂后的TiO $_2$的两相表现出不同的导电行为。对于掺杂的TiO_2-$_2$，一些上自旋极化的Ti 3 \emph{d}态位于导带底附近并穿过费米能级，显示出\emph{n}型半金属特性.对于掺杂的金红石型$_2$，费米能级钉扎在两个上自旋极化的Ti 3 \emph{d}能隙态之间，表现出绝缘特性.这些结果很好地解释了Nb（Ta）掺杂的金红石型和金红石型TiO $_2$中电子输运性质的实验差异。
2012-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of Co-doped TiO2 anatase nanopowders
本文研究了不同Co含量的Ti_（1-x）Co_xO_2纳米粉体的磁性能。结果表明，除了过渡金属掺杂外，氧空位在促进所研究材料中的长程铁磁有序方面起着根本作用。此外，该结果允许排除的前提下，一个严格的连接之间的Co集群和观察到的铁磁性的Co：TiO 2纳米系统。
2009-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Monte Carlo study of the energetics of the rutile, anatase, brookite, and columbite TiO$_2$ polymorphs
采用扩散量子蒙特卡罗（DMC）方法和密度泛函理论（DFT）计算了TiO $_2$的低压金红石、金红石、板钛矿和高压铌铁矿的相对能量随温度的变化.振动能被发现是重要的规模上的利益和显着的四阶非谐性被发现在金红石相。静态晶格DFT计算预测，金红石的能量低于金红石，与实验不符。DMC计算提供的电子相关性的准确描述和非谐振动效应的列入有助于稳定金红石相对于金红石。我们的计算预测了在$630 \pm 210$ K下从金红石型到金红石型的$_2$的相变。
2016-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Metal-to-insulator transition in anatase TiO2 thin films induced by growth rate modulation
我们证明了近两个数量级的单相TiO 2薄膜的载流子密度的控制，通过调制脉冲激光沉积过程中的生长动力学，在固定的热力学条件下。这些TiO 2样品的光致发光光谱的电阻率和强度，这两者都与氧空位的数量，被示出强烈依赖于生长速率。定量模型被用来解释载流子密度的变化。
2012-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Electric Field Effect in Diluted Magnetic Insulator Anatase Co:TiO2
在外延和绝缘的稀掺钴纳米TiO 2薄膜中实现了外部电场诱导的室温磁矩的可逆调制。在（001）LaAlO 3上生长的PbZr0.2Ti0.8O3/Co：TiO 2/SrRuO 3的高质量外延异质结构中实现了在任何氧化物基稀铁磁体中的电场效应的第一个演示。观察到的效果，这是在给定的异质结构的强度约15%，可以在几个周期调制。讨论了电场对绝缘铁磁调制的可能机制。
2004-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Formation and stability of reduced TiO_x layers on anatase TiO_2(101): identification of a novel Ti_2O_3 phase
我们使用密度泛函理论（DFT）计算来研究由锐钛型TiO 2（101）板覆盖由（101）晶体剪切面（CSP）形成的还原覆盖层组成的结构模型。从头算热力学支持这些结构在广泛的实验条件下的稳定性。发现覆盖层具有Ti 2 O3化学计量比，其晶体结构不同于已知的刚玉状Ti 2 O3（这里表示为α-Ti 2 O3）相。DFT计算预测这种新的“csp-Ti 2 O3”相在能量上接近于α-Ti 2 O3，并且也具有类似的带隙。这些结果表明csp-Ti 2 O3相在黑色TiO 2的性质中的可能作用，黑色TiO 2是由具有结晶TiO 2核和高度还原的TiOx壳的纳米颗粒制成的有前途的光催化材料，其能够吸收整个光谱的可见光。
2017-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Ferromagnetism in Co-Doped TiO$_2$ Anatase: Role of Interstitial Co
最近报道了Co掺杂的TiO $_2$纳米晶具有室温铁磁性。然而，对置换式Co掺杂的$Ab$ $initio$研究产生了比实验大得多的Co的磁矩。基于密度泛函理论的计算结果表明，取代Co离子进入TiO $_2$晶格后，容易发生簇合，从而使相邻的间隙四面体位置变得有利于Co的存在，产生了一个更像Co $_3$ O $_4$而不是CoTiO $_3$的局部环境.间隙Co破坏了周围替代Co的自旋极化，但显著提高了铁磁性的稳定性。在没有载流子的情况下，这种室温铁磁性只能由超交换相互作用来解释。
2003-06-15 cond-mat.mtrl-sci
On the processing of anatase La-doped TiO2 nanopowders: structural phase transition and surface defect engineering
优化与TiO2纳米粒子光催化效率相关的物理和化学性质的努力主要依赖于缺陷工程策略，其中结构和掺杂是最常见的策略。镧系元素的掺杂可以将TiO2的光吸收转换到可见光范围，从而大大提高其光催化效率。在这里，我们表明，在氧气气氛和La掺杂的TiO 2纳米粒子的处理稳定的α相。La的掺入主要发生在纳米颗粒的表面，从而导致与未掺杂的TiO 2相比小的纳米颗粒。尽管有效的La掺杂，能量带隙的减少是由与纳米颗粒尺寸的减少相关的量子限制效应补偿的。然而，La3+离子在纳米颗粒表面上的位置诱导氧空位的局部浓度，这可以增加系统的量子效率，从而导致更高的光催化活性。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Li intercalation effects on magnetism in undoped and Co-doped anatase TiO$_2$
本文研究了Li嵌入的$n$型载流子掺杂对未掺杂和Co掺杂的二氧化钛$_2$磁性的影响。我们发现掺杂的$n$型载流子在TiO $_2$中主要集中在靠近嵌入Li的Ti位上.随着嵌入量的增加，在Ti处实现了局域自旋。在Co掺杂TiO $_2$的情况下，大部分添加的$n$型载流子填充Co 3 $d$能带，其余的位于Ti处。因此，Co的磁矩通过Li嵌入而消失，从而具有非磁性的基态。
2002-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and magnetic properties of V-doped anatase TiO$_{2}$ from first principles
采用第一性原理研究了钒掺杂的二氧化钛$_{2}$的几何、电子和磁性。DFT+U（Hubbard系数）方法预测了Ti $_{1-x}$ V $_{x}$ O $_{2}$（x=6.25和12.5%）的半导体能带结构，与样品的低电导率很好地吻合，而广义梯度近似内的标准计算失败。理论结果表明，钒原子倾向于保持接近，并通过超交换相互作用产生强铁磁性。氧空位诱导的磁极化子能使大范围分离的磁性杂质之间产生长程铁磁相互作用。实验观察到的室温下V掺杂的TiO_2 $_{2}$的铁磁性可能源于短程超交换耦合和长程束缚磁极化子逾渗的结合。
2006-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Incorporation of Non-metal Impurities at the Anatase TiO$_2$(001)-(1$\times$4) Surface
我们用第一性原理计算研究了非金属杂质（N，C）在TiO_2-$_2$（001）-（1 $\times$ 4）重构表面的吸附和结合.我们详细分析了表面结构和局部应变对杂质结合位点和掺入途径的影响，并确定了促进杂质掺入的重要中间体。我们发现各种次表面间质结合位点和相应的表面$\rightarrow$次表面渗透途径上重建的表面。该表面也有利于表面下的氧空位的存在，吸附的物质可以迁移到该氧空位以形成替代杂质。最值得注意的是，我们表明，非暴露的氧网站下的表面有一个关键的作用，在纳入氮和碳的TiO $_2$（001）。
2012-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and magnetic properties of the interface LaAlO$_3$/TiO$_2$-anatase from density functional theory
采用局域自旋密度近似和Hubbard $U$方法对LaAlO $_3$和TiO $_2$ -TiO界面的三种低能组态进行了从头计算.已经考虑了两种类型的界面：LaO/TiO $_2$和AlO $_2$ /TiO，后者具有Ti终止，因此缺少氧。进行了平板几何计算，并允许所有的原子在垂直于界面的方向上弛豫。在所有考虑的情况下，界面Ti原子获得局部磁矩，其形式价小于+4。当存在氧空位时，在LaO/TiO $_2$界面上，这种价态的变化较为平缓，而在LaO/TiO界面上，这种价态的变化较为平缓。
2012-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structures of doped anatase $\rm TiO_{2}$: $\rm Ti_{1-x}M_{x}O_{2}$ (M=Co, Mn, Fe, Ni)
本文研究了室温稀磁半导体Co掺杂半导体$\rm TiO_{2}$的电子结构。我们在局域自旋密度近似（LSDA）下得到了半金属基态，而在考虑自旋轨道相互作用的LSDA+ $U$ +SO中得到了绝缘基态。在化学计量的情况下，低自旋状态的Co实现了相当大的轨道矩。然而，在Co附近的氧空位的存在下，Co的自旋状态成为中间。金属相和绝缘相中的铁磁性分别由双交换和超交换机制解释。Mn和Fe掺杂的$\rm TiO_{2}$具有磁性基态，Ni掺杂的$\rm TiO_{2}$具有顺磁性基态。
2002-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of Cr and Cr-N doped anatase TiO2 from screened Coulomb hybrid calculations
采用混合密度泛函理论计算方法研究了Cr和N共掺杂的TiO 2的电子结构和原子结构。非定域屏蔽Hartree-Fock交换能与传统的半定域交换能部分混合。这不仅治愈了带隙低估，而且改善了阴离子/阳离子驱动的杂质状态和掺杂剂的磁化的描述。Cr和/或N掺杂改变了TiO 2的价带和导带边缘，导致显著的带隙减小。因此，Cr、N和Cr-N掺杂的TiO 2有望用于增强的光活性。
2013-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
(Sub)surface mobility of oxygen vacancies at the TiO$_2$ anatase (101) surface
锐钛矿是TiO $_2$的亚稳多晶型物。与更广泛研究的TiO $_2$金红石相反，O空位（V $_\mathrm O$'s）在TiO（101）表面不稳定。低温STM表明，在105 K时电子轰击产生的表面V $_\mathrm O$在温度$\geq$ 200 K时开始迁移到亚表面位置。在V $_\mathrm O$密度的初始降低之后，建立了温度依赖的动态平衡，其中V $_\mathrm O$移动到次表面位置并且再次返回，如在延时STM图像中所见。我们估计，活化能为亚表面迁移位于0.6和1.2 eV之间，相比之下，DFT计算预测的障碍约。0.75 EV.实验值的广泛分散可能归因于减少样品中不均匀分布的亚表面缺陷。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Using DFTB to Model Photocatalytic Anatase-Rutile TiO$_2$ Nanocrystalline Interfaces and their Band Alignment
TiO $_2$粉末中金红石和金红石纳米晶的能带排列效应导致电子空穴分离，提高了这些粉末的光催化效率。虽然尺寸效应和可能的对齐类型已被广泛研究，但对键合的双金属结构的界面几何形状对对齐的影响知之甚少。为了让各种各样的键合系统在不同的取向的结论性研究，我们已经开发了一个新的密度泛函紧束缚参数集，以正确地描述量子限制在纳米晶体。应用这一套，我们发现了定量的影响的界面结构上的能带排列。
2021-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Self energy and excitonic effect in (un)doped TiO$_2$ anatase : A comparative study of hybrid DFT, GW and BSE to explore optical properties
TiO $_2$复合材料在能源和环境研究中具有重要意义。然而，这种非常受欢迎的半导体的主要缺点是其3.2 eV的大带隙。实验中掺杂了几种非金属元素，使TiO $_2$的光吸收扩展到可见光区。因此，为实验人员提供深入的理论指导，以了解掺杂系统的光学性质是非常重要的。本文采用混合密度泛函方法和多体微扰理论（在GW和BSE的框架下）研究了p型（S和Se掺杂）和n型（N和C掺杂）TiO $_2$的光学性质.非金属掺杂TiO $_2$中存在的各向异性在光谱中起着重要作用。p型掺杂剂仅对沿xy方向偏振的光具有光学活性，而n型掺杂剂在低能区中当光沿xy和z方向偏振时具有光学活性。我们已经发现，在所有的掺杂系统中，光学允许的跃迁被引入远低于3eV（即可见光谱区）。这有助于改善其光电和太阳能吸收特性。所有的计算都很好地验证了现有的实验观察原始TiO $_2$晶体。
2019-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Comparing quasiparticle H$_2$O level alignment on anatase and rutile TiO$_2$
分子前沿能级在基态的排列可以用来预测界面的光催化活性。吸附物的最高占据分子轨道（HOMO）水平相对于基板的价带最大值（VBM）在界面中的位置描述了光生空穴从VBM转移到吸附分子的可吸收性。这是评估和比较两种原型光催化TiO $_2$表面上的H $_2$ O光氧化活性的关键量：金红石（A）-TiO $_2$（101）和金红石（R）-TiO $_2$（110）。使用来自最新准粒子（QP）$G_0W_0$计算的投影态密度（DOS），我们评估了完整的和解离的H $_2$ O对配位不饱和的理想化学计量的A-TiO $_2$（101）/R-TiO $_2$（110）的（Ti $_{\textit{cus}}$）位和桥接O空位（O $_{\textit{br}}^{\textit{vac}}$）的缺陷的A-TiO $_{2-x}$（101）/R-TiO $_{2-x}$（110）表面（$x=\frac{1}{4},\frac{1}{8}$）。这样的多体处理是必要的，以正确地描述在光催化界面的电子-电子相互作用的各向异性屏蔽，从而获得准确的界面水平对齐。A-TiO $_2$（101）的更有利的基态HOMO能级排列可以解释为什么双晶型比金红石型显示出更高的光催化活性。结果表明：（1）A-TiO $_2$（101）比R-TiO $_2$（110）更有利于空穴俘获;（2）HO@Ti $_{\textit…
2015-06-15 cond-mat.mtrl-sci
A direct view at excess electrons in TiO$_2$ rutile and anatase
结合扫描隧道显微镜/光谱学和密度泛函理论（DFT+U），对TiO $_2$金红石型和金红石型两种具有相同化学组成但不同晶格的典型材料中的过剩电子进行了表征。在金红石中，多余的电子可以定位在任何晶格Ti原子，形成一个小的极化子，它可以很容易地跳到相邻的网站。相比之下，在铌中的电子更喜欢自由载流子状态，并且只能被捕获在氧空位附近或形成与Nb掺杂剂结合的浅施主状态。本研究最终解释了两种多晶型物之间的差异，并表明即使晶格中很小的结构变化也会导致非常不同的行为。
2014-07-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic structure and effective mass analysis of doped TiO$_2$ (anatase) systems using DFT+$U$
本文采用DFT+ $U$方法计算了几种掺杂TiO $_2$掺杂体系的电子结构。还计算了载流子的有效质量以量化掺杂剂原子如何扰动主体掺杂剂材料的能带。$U$是使用线性响应方法，而不是使用拟合程序的物理已知量的所有掺杂剂系统地计算。$d$和$f$嵌段元素（Nb、Ta、V、Mo、W、Cr、La、Cu、Co和Ce）的组合被认为是掺杂剂。根据其外层$d$或$f$电子的能量，发现掺杂剂在主体电子系统的能带结构中的不同位置形成缺陷态。一些掺杂剂如Cr、Mo等形成中间带隙态，这可能降低透明度。发现其他掺杂剂如Nb、Ta和W具有位于导带边缘附近的费米能级，表明这些系统表现出$n$型导电性。从有效质量分析，发现掺杂剂增加了载流子的有效质量和带的非抛物线性质。基于电子结构和有效质量分析，Nb，Ta和W被确定为表现出更高的透明度和导电性相比，这里考虑的其他掺杂剂。这里提出的理论结果，增加了我们的理解，并显示掺杂剂的潜力，以改变性能的TiO_2 $_2$。
2022-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Si doping in anatase and rutile TiO$_2$ with oxygen vacancy for efficient optical application
本文采用密度泛函理论和动力学平均场论研究了掺杂$TiO_2$金红石和另一种含氧空位的四方晶系金红石的电子性质。应用屏蔽混合交换相关密度泛函从电子结构得到了态密度和光学性质。所有的单粒子激发都在独立准粒子的动力学平均场论中处理。在光学性质方面，通过求解库仑关联电子-空穴双原子的Bethe-Salpeter方程来考虑激发。在此理论基础上，给出了两种结构的$TiO_2$的能带结构和光谱。此外，我比较了目前的结果与早期的光学数据的母结构，并建立了增加的光学效率在掺杂$TiO_2$与氧空位的结构。
2019-11-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Challenges in Band Alignment between Semiconducting Materials: A Case of Rutile and Anatase TiO$_2$
这篇专题综述集中在最近活跃的争论之间的两个多晶型的TiO $_2$，金红石和金红石的能带排列。总结了目前常用的材料能带排列测量和计算方法。通过对最近的实验和理论报道的分析，我们指出，TiO $_2$两相能带排列的显著差异是由于影响能带排列的因素，而不需要明确的答案。根据界面的存在这一重要因素，提出了耦合和本征能带排列的新分类。这种分类确实揭示了金红石/金红石界面可以定性地改变其能带排列的类型。然而，为了更好地理解材料能带的变化，需要进一步系统地了解界面和影响能带排列的其他因素。从金红石和金红石之间的能带排列的讨论中获得的结果也可以用于其他半导体之间的能带排列。
2019-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Study of Phase Stability in Doped TiO2
采用全电子原子轨道方法和局域密度近似（LDA），对金红石型和金红石型TiO 2的相对稳定性进行了从头算密度泛函理论（DFT）计算.金红石相表现出一个温和的边缘稳定的~ 3毫电子伏相对于原始材料中的金红石相。通过计算分析不同电荷态的Si、Al、Fe和F掺杂剂在金红石和金红石中不同费米能级能量的形成能，发现阳离子掺杂剂在Ti替代晶格位置最稳定，而F掺杂在间隙位置的形成能最小。发现所有掺杂剂相对于金红石相显著地稳定了铁磁，表明在这样的系统中铁磁到金红石相的转变被抑制，其中掺杂剂以铁磁稳定强度的顺序排列为F>Si>Fe>Al。Al和Fe掺杂剂被发现作为浅受体与电荷补偿实现通过形成移动载流子，而不是形成阴离子空位。
2012-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure and Optical Properties of the Co-doped Anatase TiO$_{2}$ Studied from First Principles
采用局域自旋密度近似（LSDA）下的赝势平面波（PPL）第一性原理计算，结合全势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法，对Co掺杂的室温铁磁绝缘体TiO_2 $_{2}$进行了研究.重点研究了其电子结构和线性光学性质与体系中Co掺杂浓度和氧空位的关系，以探讨其铁磁性的起源。在Co替代Ti掺杂的情况下，计算结果与实验数据符合得很好，表明Co处于低自旋态。研究还表明，氧空位的存在增强了铁磁性，并且对电子结构和光学性质的影响比单独的Co掺杂浓度更大。
2006-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Electric-Dipole Effect of Defects on Energy Band Alignment of Rutile and Anatase TiO2
钛白材料由于其光催化应用而得到了广泛而深入的研究。一个长期存在的问题是金红石和金红石型TiO2相的能带排列，这会影响复合体系中的光催化过程。关于这两种TiO2相的取向，基本上存在两种相互矛盾的观点：1）跨骑型和2）交错型。在本工作中，我们的DFT加U计算发现，完美的金红石（110）和金红石（101）表面具有跨骑型能带排列，而有缺陷的表面可以将能带排列转变为交错型。缺陷引起的电偶极子是导致能带反转的主要原因。因此，在材料的制备和后处理过程中引入的缺陷可能是上述关于能带排列的开放问题的答案，这可以在实际实践中考虑以调节材料的光催化活性。
2015-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles Hubbard U and Hund's J corrected approximate density-functional theory predicts an accurate fundamental gap in rutile and anatase TiO2
钛白（TiO $_2$）对近似Kohn-Sham密度泛函理论（KS-DFT）及其Hubbard修正扩展DFT+ $U$提出了长期的挑战。我们发现，先前提出的扩展的第一原理DFT+ $U$纳入洪德的$J$校正，称为DFT+ $U$ + $J$，结合使用最近提出的线性响应理论计算的参数，预测基本带隙准确以及在金红石和金红石TiO $_2$的实验不确定性。我们的方法建立在已建立的研究结果，哈伯德修正钛$3d$和氧$2p$在TiO $_2$子空间，象征性地给出DFT+ $U^{d,p}$，是必要的，以实现可接受的带隙使用DFT+ $U$。当包含Hund的$J$第一原理时，该要求仍然存在。我们还发现，即使使用子空间特定的第一性原理$U$和$J$参数时，计算出的间隙取决于相关的子空间定义。使用最简单合理的相关子空间定义和基本功能，局部密度近似，我们表明，高精度的结果，从使用一个相对简单的形式的DFT+ $U$ + $J$功能。对于闭壳层系统，如TiO $_2$，我们描述了如何各种DFT+ $U$ + $J$泛函减少到DFT+ $U$适当修改的参数，使可靠的带隙可以计算金红石和金红石没有修改传统的DFT+ $U$代码。
2020-06-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Structure of a Water Monolayer on the Anatase TiO$_2$(101) Surface
钛白（TiO $_2$）由于其光催化分解水的能力而在人工光合作用的研究中起着核心作用。尽管在这一领域进行了40多年的深入研究，但对技术相关的TiO 2 $_2$（101）表面上的第一个水单层的性质仍然存在一些争论。在这项工作中，我们使用第一性原理计算来逆向工程[Walle et al.，J. Phys. Chem. C 115，9545（2011）]，并发现支持在第一单层中存在解离水和分子水的混合物的证据。使用半局部和混合功能的计算，我们修改了目前的理解的吸附能量显示，通过形成一个氢键合的羟基-水络合物的能量成本的水解离降低。我们还表明，这样一个复杂的可以提供一个不寻常的超结构在高分辨率扫描隧道显微镜实验中观察到的解释。
2016-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Modification of anatase TiO$_2$(001) surface electronic structure by Au impurity
采用基于投影缀加波方法的密度泛函理论计算方法研究了Au掺杂TiO $_2$（001）表面的电子结构.由于Au原子与多能级氧的配位作用，Au原子可以被包裹在TiO $_2$片层中。金被吸附在表面Ti-O键上，即锐钛型TiO $_2$（001）-1 $\times$ 1表面上的桥位。然而，对于0.25 ML的覆盖率，Au原子在能量上倾向于停留在两个表面氧的中点以上0.64 μ m处，这明显更接近表面层。当注入到平板内部以实现完全覆盖时，Au在TiO $_2$晶格内部形成平行的金属线，其中由于局部偏析，层间距增加。除了间隙内的其他填充表面和杂质带之外，Au将半填充杂质态带入带隙中，导致金属化。这些Au驱动的费米能级钉扎间隙状态接近于，或者甚至在某些情况下在宿主板的导带内部。另一方面，如果Au取代表面Ti原子，则费米能级在更接近价带顶的带隙中降低。
2009-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Mechanism of anatase-to-columbite TiO2 phase transformation via sheared phases: first-principles calculations and high-pressure torsion experiments
本研究结合第一性原理计算与高压扭转实验，提出并验证了剪切晶体结构作为中间相的机制，揭示了剪切应变加速锐钛矿至铌铁矿型TiO2相变的原理。
2024-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Wavelength-commensurate anatase TiO\_2 particles for ro-bust and functional Mie resonances across the visible and near infrared
针对锐钛矿TiO₂米氏共振所需的宽尺寸范围单分散颗粒制备难题，采用紫外辅助热水解法合成符合要求的可水相加工颗粒，实现可见-近红外强可调米氏共振，可用于无标记生物分子检测，具备低成本印刷集成潜力。
2025-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Range separated hybrid exchange-correlation functional analyses of W and/or N(S) (co)doped anatase TiO_2
采用密度泛函理论（DFT）方法，系统地研究了W、N、S、W/N和W/S掺杂对TiO_2的电子性质和原子结构的影响。用Heyd、Scuseria和Ernzerhof（HSE）杂交泛函处理了交换和相关效应。混合传统的半局域和非局域屏蔽Hartree-Fock（HF）交换能，HSE方法校正的带隙，也改善了阴离子/阳离子衍生的间隙状态的描述。增强的载流子动力学，观察到的W/N共掺杂的二氧化钛，可以部分地解释其电子结构上的N 2 p和W 5d状态的钝化修改。根据这一趋势，我们发现了一个明显的带隙变窄的1.03 eV的W/S共掺杂。这是由于S 3 p态在价带（VB）顶部的大色散将其边缘延伸到更高的能量，而Ti-S-W杂化态出现在导带（CB）底部。W/S-TiO_2具有与W/N共掺杂TiO_2催化剂相当的可见光响应。
2012-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A comparative first-principles investigation on the defect chemistry of TiO$_2$ anatase
了解本征点缺陷是理解$_2$陶瓷在技术应用中的性能的基础。为了研究这种材料的缺陷化学性质，已经进行了几项第一性原理研究。然而，报告的数值分散在很大范围内。在这篇手稿中，我们进行了比较研究，采用不同的方法的基础上半局部，DFT+ $U$和筛选的混合泛函，以调查的依赖性缺陷的性质，如形成能量和电荷跃迁能级，对所采用的计算方法。虽然在超导体中的缺陷，像在大多数过渡金属氧化物中，通常会引起原子位置上的电子或空穴的本地化，我们注意到，提供了一个对齐的价带已执行，使用半本地泛函计算的缺陷形成能量和过渡能级是在一个公平的协议与使用混合泛函获得的。对于Ti-O体系的热化学和元素化学势的极限值也可以得到类似的结论。我们解释这是一个自相互作用的错误和O $_2$分子在半局部泛函的过度结合之间的错误的取消。在电子哈密顿量中加入一个$U$项，可以方便地得到缺陷体系更精确的几何构型和电子构型.
2019-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle electronic structure and optical response ($G_0W_0$+BSE) of anatase TiO$_2$ starting from modified HSE06 functionals
在多体微扰理论（MBPT）的框架下，将$G_0W_0$方法与Bethe-Salpeter方程（BSE）相结合，计算了TiO_2-$_2$的准粒子电子结构和光激发. HSE 06屏蔽混合泛函的修改版本，其包括20\%的精确Fock交换（HSE 06（20）），而不是标准HSE 06泛函中的25\%，用于建立用于$G_0W_0$ +BSE计算的起始哈密顿量。HSE 06（20）泛函精确地预测了基态电子能带结构。基于来自$G_0W_0$ + HSE 06（20）的数据的BSE计算产生与表征直接激发的现有实验和理论计算非常一致的直接光学激发能量和振子强度。特别是，激子结合能为229 $\pm$ 10毫电子伏，得到与实验密切一致。激子态在脂肪带表示的准粒子能带结构上的投影表明，最低的光学跃迁的TiO 2-TiO-$_2$由激子组成，激子起源于在四重布里渊区中平行于$Γ-Z $方向的带对内的直接跃迁的混合。这意味着激子在晶格的$xy$平面中的强空间局域化。本研究强调了合适的非相互作用哈密顿量对于基于MBPT的准粒子$G_0W_0$和随后的BSE计算的重要性，并建议HSE 06（20）作为在掺杂TiO $_2$的情况下的最佳选择。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ferromagnetic order in aged Co-doped TiO2 anatase nanopowders
基于氧化物的稀磁半导体（DMS）材料由于在几个系统中的室温铁磁性的报道以及它们在自旋电子器件的开发中的潜在用途而一直是越来越感兴趣的主题。然而，不同DMS系统的磁性能的稳定性的关注已经提出。它们的磁矩通常不稳定，在几周或几个月的特征衰减时间内消失，这阻碍了实际应用的发展。研究了不同Co含量（0.03<x<0.10）的Ti_（1-x）Co_xO_（2-δ）还原Ti_2O_3纳米粉体的铁磁性能。老化样品保留相当高的值的磁化强度，剩磁和矫顽力，这提供了一个相当保存的长程铁磁秩序的有力证据。关于Co偏析，在具有较高Co含量的样品的情况下，可以推断稀释的Co掺杂的非晶结构的一定程度的亚稳性。
2010-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Identification of large polarons and exciton polarons in rutile and anatase polymorphs of titanium dioxide
本文利用从头算方法系统研究TiO2金红石与锐钛矿相中的极化子，除已知小极化子外，新识别出金红石大空穴极化子、锐钛矿大准二维电子极化子及大激子极化子，完善了TiO2极化子物理图像。
2024-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Combinatorial Large-area MoS2/Anatase-TiO2 interface: A Pathway to Emergent Optical and Opto-electronic Functionalities
过渡金属二硫属化物（TMDC）与高介电常数过渡金属氧化物（TMO）的界面由于其在降低金属-TMDC接触电阻和抑制费米能级钉扎方面的作用而引起了大量的讨论。在目前的工作中，我们专注于大面积TMDC/TMO接口，采用不同的技术生长的未解决的混乱。这里，在脉冲激光沉积（PLD）MoS 2薄膜上，通过使用原子层沉积（ALD）和PLD两者来生长TiO 2层。这两种不同的技术散发出具有不同的晶体性质，厚度和界面形态的TiO 2层，随后影响界面的电子和光学性质。此外，他们表现出的p-型掺杂的程度随着TiO 2的厚度增加，出现后，分析的X-射线光电子能谱（XPS）的核心水平的位移的提升。密度泛函分析的MoS 2/锐钛矿-TiO 2界面，为原始的和在广泛的界面缺陷的存在下，可以解释的相互依赖的掺杂和终止原子表面的TiO 2的MoS 2。界面的光学性质，包括光致发光，瞬态吸收和z-扫描双光子吸收表明缺陷诱导的局部中间间隙能级在MoS 2/TiO 2（PLD）的存在下，产生淬灭的激子信号。相反，在MoS 2/TiO 2（ALD）中的相对无缺陷的界面表明清楚地存在MoS 2的A和B激子。从光学性质的研究，我们指出，MoS_2/TiO_2（PLD）界面可能作为一个有前途的饱和吸收。另外，MoS 2/TiO 2（PLD）界面的存在使薄膜的光输运性能得到了改善。通过制备具有离子凝胶顶栅的p型光电晶体管，展示了M…
2021-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Experimental and theoretical study of electronic and hyperfine properties of hydrogenated anatase (TiO$_2$): defects interplay and thermal stability
在这项研究中，我们报告的结果，从发射$^{57}$ Fe M ${ö}$ ssbauer光谱实验，使用稀释的$^{57}$ Mn注入到原始（TiO $_2$）和氢化TiO 2在300-700 K之间的温度保持。电子结构和局部环境的结果补充从头计算。在注入后，在原始样品中观察到Fe $^{2+}$和Fe $^{3+}$，其中后者证明了自旋-晶格弛豫。对于氢化的聚丁二烯获得的光谱显示没有Fe $^{3+}$贡献，表明氢作为供体。由于低阈值，氢扩散出晶格。从而显示出$^{57}$ Fe 14.4 keV态在时间尺度上的动态行为。周围的氧空位有利于高自旋Fe $^{2+}$状态。在室温下处理的样品显示出两种不同的氢运动过程。运动从间隙氢开始，然后切换到共价结合状态。氢向外扩散受到体缺陷的阻碍，这可能导致两个过程重叠。补充的UV-Vis和电导率测量显示氢化后电导率提高和光吸收更高。室温下的X射线光电子能谱学表明，在573 K下氢化的样品显示出Ti $^{3+}$和Ti $^{2+}$状态的存在。这可能意味着样品中存在大量的氧空位和-OH键。理论表明，在注入Mn（Fe），探针位于赤道附近的空位作为下一个最近的邻居，而亚稳态的氢配置是负责退火行为的样品。
2020-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Anatase TiO$_2$ Nanowires Functionalized by Organic Sensitizers for Solar Cells : A Screened Coulomb Hybrid Density Functional Study
采用标准和区间分离的混合密度泛函理论计算方法研究了矢车菊素葡萄糖苷（C $_{21}$ O $_{11}$ H $_{20}$）和TA-St-CA在纳米线（101）和（001）上的吸附.所得染料-纳米线组合体系的电子结构和光谱显示出这些类型的光致发色团的不同特征。天然染料矢车菊素葡萄糖苷的最低未占分子轨道位于半导体的导带下方，而在TA-St-CA的情况下，它与导带内的状态共振。通过这些染料敏化剂的电子-空穴产生和随后的电荷注入，可以将宽带隙纳米线功能化用于太阳能电池。给体- $π$ -受体型染料TA-St-CA在TiO $_2$表面的吸附大大改变了其分子间电荷转移特性。矢车菊素葡萄糖苷通过其羟基在纳米线上表现出相对较强的锚定作用。染料-纳米线系统的原子结构重新优化与列入非线性溶剂化效应表明，这两种染料的结合强度保持温和，即使在离子溶液中。
2015-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Mechanical Process of Carbonate Complex Formation and Large Scale Anisotropy in the Adsorption Energy of CO$_2$ on Anatase TiO$_2$ (001) Surface
CO $_2$在半导体表面上的吸附是其光催化还原的先决条件。由于TiO $_2$具有优良的抗光腐蚀性、无毒性和合适的带边位置，被认为是促进氧化还原反应的最有效的光催化剂。然而，由于缺乏足够的理解的机制的吸附，CO $_2$转换效率的TiO $_2$表面上没有得到最大化。虽然TiO 2 TiO $_2$（101）是最稳定的面，但（001）表面更具反应性，并且实验表明，在氟离子存在下，稳定性可以逆转，并且可以合成更大百分比（高达~ 89%）的（001）面。因此，我们通过密度泛函方法研究了CO $_2$在TiO $_2$（001）表面的吸附.我们已经开发了一个三态量子力学模型，解释了化学吸附的机制，导致形成的三齿碳酸盐复合物。电子结构分析表明，CO $_2$ -TiO $_2$在表面的相互作用是单轴的、长程的，从而导致了结合能的各向异性.它否定了广泛认为的覆盖率和BE之间的一一对应关系，并推断CO $_2$的空间分布主要决定BE。设计了一个概念性实验，其中可以控制CO $_2$浓度和流动方向以在~1.5 eV的大窗口内调谐BE。实验还表明，化学吸附可以达到最大50%的覆盖率。在水的存在下，活化的碳酸盐络合物通过克服约0.9 eV的势垒形成碳酸氢盐络合物。
2018-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Phase Stability of TiO$_2$ Polymorphs from Diffusion Quantum Monte Carlo
二氧化钛（TiO $_2$）由于其电子结构而在催化、能量转换和忆阻器件中具有多种应用。这些应用中的大多数利用天然存在的相：金红石、金红石和板钛矿。尽管TiO $_2$具有简单的形式和广泛的用途，但在这些相的能量有序性方面，理论和实验之间长期存在分歧，从未得到解决。本文首次采用高精度多体固定节点扩散量子蒙特卡罗（QMC）方法分析了零温下的相稳定性。我们还包括温度的影响，通过计算亥姆霍兹自由能，包括内能和振动的贡献，基于密度泛函微扰理论的准谐波声子计算。我们的QMC计算发现，在零温度下，α是最稳定的相，与许多以前的平均场计算一致。然而，在高温下，金红石成为最稳定的相。对于所有有限温度，板钛矿总是最不稳定的相。
2016-09-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Understanding high photocatalytic activity of the TiO2 high-pressure columbite phase by experiments and first-principles calculations
本研究通过高压扭转法稳定TiO2高压铌铁矿相，结合实验与DFT计算证明其光催化产氢活性高于锐钛矿相，并揭示其高活性源于氧空位改善的光吸收和(101)面较低的水分解活化能。
2025-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Study of surface-bulk mass transport and phase transformation in nano TiO2 using hyperfine interaction technique
通过不同温度的退火和吸附~（181）Hf示踪剂的TDPAC测量，研究了70 nm TiO_2微晶从金红石到金红石的相变。不同温度退火的TiO 2微晶的XRD谱峰宽表明了晶粒随温度的增长。在823 K退火4小时后，样品除了晶粒长大外，没有发生相变。在相同温度（823 K）下，当退火时间延长时，出现相变。在1123 K下较短时间的退火显示出相变。181 Hf示踪剂吸附在70 nm TiO 2上，发现在退火过程中形成不同的多晶型（金红石和金红石）。发现表面到本体的传质在相变过程中起重要作用。
2009-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Facet Dependent Catalytic Activities of Anatase TiO$_2$ for CO$_2$ Adsorption and Conversion
理解CO $_2$和H $_2$ O在TiO $_2$表面上的原子尺度相互作用机制对于建立催化效率与其暴露面之间的相关性至关重要。在这里，我们借助于三态模型，轻推弹性带模拟和密度泛函理论计算，研究了这些分子在（001），包括（1 $\times$ 4）-重构，（010），（101）面的TiO 2 $_2$的吸附，共吸附和转换过程中的化学重组，从而评估的步骤选择性反应顺序。此外，结果揭示了未探索的非平凡的反应机理。对于最稳定的（101）面，我们表明，不利的碳酸盐络合物的形成变得有利，通过切换反应从吸热到放热在水的存在下。此外，我们发现，小的结合能并不一定意味着物理吸附。它还可以引起化学吸附，其中由于排斥Hartree和Madelung相互作用而导致的能量损失与通过化学键合获得的能量相当。CO $_2$在（010）和（101）晶面上的吸附证明了这种情况。虽然（001）仍然是最具反应性的表面，但如果它在超高真空和高温下进行重构，活性位点的数量将减少四分之三。
2020-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of magnetism and quasiparticles properties in Cr-doped TiO$_2$
结合LSDA+ $U$和超交换相互作用的DFT分析，我们描述了金红石型和金红石型Cr掺杂TiO $_2$的磁基态。并行地，我们通过GW校正（$GW$ @LSDA+ $U$）来校正我们的LSDA+ $U$基态，所述GW校正再现了与实验满意一致的杂质态和带隙的位置。由于金红石和金红石的基态中Cr-Cr键的拓扑配位不同，超交换作用导致Cr离子的铁磁或反铁磁耦合。在Cr掺杂的LiNbO 3中，这种相互作用导致了一种新的机制，该机制稳定了铁磁基态，与实验证据一致，而不需要调用F中心交换。
2013-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
DSSC Anchoring Groups: A Surface Dependent Decision
染料敏化太阳能电池（DSSC）中的电极通常是纳米晶TiO 2，大部分（101）表面暴露。通常，敏化染料采用羧基锚定部分，通过该羧基锚定部分，敏化染料粘附到TiO 2表面。最近的兴趣，利用不同的二氧化钛电极形态的性质，如金红石纳米棒暴露的（110）表面和高百分比的（001）表面暴露的双金属电极，回避的问题是，这种锚定策略是否是最好的，无论大多数表面暴露。在这里，我们解决这个问题，提出密度泛函理论计算对比两个有前途的锚定基团，膦酸和硼酸，羧酸的结合性能。锚电极的相互作用进行了研究，为pro-totutical的金红石（101）表面，以及金红石（001）和金红石（110）表面。最后，使用这些替代锚定基团结合一个典型的香豆素染料（NKX- 2311），这些TiO 2基板的效果进行检查。锚和表面的结合性能的显着差异，说明锚的选择是必要的依赖于暴露在电极中的表面。特别地，发现硼酸显示出成为暴露于SiO2（001）表面的电极的优异锚定选择的潜力。
2014-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical insights of codoping to modulate electronic structure of TiO$_2$ and SrTiO$_3$ for enhanced photocatalytic efficiency
TiO $_2$和SrTiO $_3$由于其特殊的电子结构、高化学稳定性、无毒和低成本而在纳米材料领域中是公知的材料。然而，由于宽的带隙，这些只能在UV区域中使用。因此，有必要通过掺杂金属、非金属或不同元素的组合来降低其带隙，从而扩大其在可见光区的光学响应，同时保持光催化效率。我们在这里报告，共掺杂的金属和非金属在SrTiO $_2$和SrTiO $_3$有效的光催化分解水使用混合密度泛函理论和\textit{ab initio}原子热力学。后者确保捕获环境效应，以了解带电缺陷在现实条件下的热力学稳定性。我们已经观察到，带电的缺陷是稳定的，除了中性的缺陷，在TiO_2-$_2$和共掺杂剂作为施主以及受体取决于掺杂的性质（p型或n型）。然而，SrTiO $_3$中最稳定的共掺杂剂主要充当施主。我们的研究结果表明，尽管在可见光区的响应，在TiO $_2$和SrTiO $_3$的共掺杂并不总是提高光催化活性，由于复合中心的形成或导带最低或价带最高的大位移。在各种金属-非金属组合中，Mn $_\textrm{Ti}$ S $_\textrm{O}$（即Mn在Ti位被取代，S在O位被取代），S $_\textrm{O}$在钛酸锰$_2$和Mn $_\textrm{Ti}$ S $_\textrm{O}$中的混合物，SrTiO中的Mn $_\textrm{Sr}$ N $_\textrm{O}…
2020-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle and Optical Properties of Rutile and Anatase TiO$_{2}$
用多体微扰理论计算了TiO $_{2}$的准粒子激发能和金红石型和金红石型结构的光学性质。计算进行冻结晶格，电子-声子耦合没有明确考虑。在GW方法中，几种近似进行了比较，发现列入的全频率依赖性以及明确的治疗Ti半核心状态是必不可少的准粒子能带隙的准确计算。计算的准粒子能量与现有的光电发射和逆光电发射实验符合得很好。GW计算的结果，连同计算出的静态屏蔽库仑相互作用，被用于Bethe-Salpeter方程计算金红石和金红石结构的介电函数$ε_{2}(ω)$。结果与实验观察结果吻合良好，特别是在4 eV附近的主要吸收特征的开始。为了与解决金红石中单个激子跃迁的低温光吸收测量进行比较，仅用电子屏蔽计算低位离散激子能级。在金红石的能隙中发现的最低能量激子具有0.13 eV的结合能。与实验一致，它是不允许的偶极，但计算的激子能量超过吸收实验中测量的约0.22 eV和激子结合能的尺度也太大。计算了非极性（110）面金红石的准粒子能量排列。在GW近似下，价带最大值低于真空能级7.8 eV，显示出与密度泛函理论结果的小偏移。
2010-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab initio insights on the ultrafast strong-field dynamics of anatase TiO$_2$
本研究通过实时TDDFT模拟，揭示了锐钛矿TiO$_2$在超短强激光场下的电子动力学机制，明确了不同波长和强度下的电离行为、损伤阈值及光学克尔效应，为非线性光子器件设计提供了理论依据。
2023-06-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High-pressure phase behaviors of titanium dioxide revealed by a $Δ$-learning potential
钛白已被广泛研究的金红石或金红石相，而其高压相是不太好理解的，尽管许多被认为具有有趣的光学，机械和电化学性能。第一性原理方法如密度泛函理论（DFT）常被用来计算TiO $_2$相在0~K温度范围内的热力学性质，但这种方法成本昂贵，不适用于有限温度下的长时间尺度和大系统规模的模拟。另一方面，便宜的经验势不能捕捉到各种多晶型物的相对稳定性。为了模拟TiO $_2$的环境和高压相的热力学行为，我们设计了一个经验模型作为基线，然后基于DFT数据和经验模型之间的差异训练机器学习潜力。这种所谓的$Δ$学习势包含了长程静电相互作用，并预测了稳定TiO $_2$相的0~K谱，与DFT结果吻合得很好。在$0<P<70$ ~GPa和$100<T<1500$ ~K范围内，我们绘制了$_2$的压温相图。然后，我们模拟动态相变过程中，通过压缩在不同的温度下的相变。在300 K时，在20 GPa时，我们观察到锐钛矿-斜锆石转变主要是通过马氏体两步机制进行的，原子运动高度有序且集体运动。在2000~K时，在45-55~GPa压力范围内，伴随着氧原子的扩散运动，钙钛矿以热激活的概率方式转变为钙钛矿。这些转变的压力计算结果与实验结果吻合良好。我们的研究结果阐明了如何合成和稳定高压TiO $_2$相，我们的方法是普遍适用于其他功能材料的多晶型。
2021-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Photoemission Fingerprints for Structural Identification of Titanium Dioxide Surfaces
钛白的丰富特性取决于其各种多晶型物及其混合物，以及对结晶取向的敏感性。因此，关键是要制定方法，允许表面结构识别。我们在此证明了光电子能谱提供Ti LMV（V =价态）俄歇模板定量分析TiO $_2$多晶型物的能力。Ti LMV衰减反映了Ti 4sp-O 2 p杂化，这是TiO $_2$相和取向的固有性质。在金红石（110）、金红石（101）和金红石（100）单晶上收集的Ti LMV模板允许对混合的纳米级粉末进行定量分析，其桥接了参考材料和复杂材料表面之间的间隙。作为一个测试床，研究的金红石/金红石P25作为接收和在退火后的锐钛矿到金红石的转变。与X射线衍射测量的协议证明了俄歇分析的可靠性，并突出了其检测表面取向的能力。
2018-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Preparation and characterization of Fe-incorporated TiO$_2$ thin films: A study of optical constants and dispersion energy parameters
在本研究中，我们描述了不同Fe浓度（0，2，4，6，和8 at.%）的Fe掺杂对原始和Fe掺杂的TiO $_2$薄膜的微结构和光学性质的影响).以Ti（OCH $_2$ CH $_2$ CH $_2$ CH $_3$）$_4$为前驱体，采用喷雾热分解法制备样品。通过XRD分析，研究了Fe对$_2$薄膜微观结构和物相形成的影响。XRD研究表明，原始产物对应于TiO $_2$的锐钛矿相，并且在添加2at.% Fe杂质。同时还观察到，在掺杂更多的Fe含量（4、6和8at.%）后，Fe引入了从金红石到金红石的相变。利用紫外可见光谱研究了掺杂Fe的TiO $_2$的光学特性，发现掺杂Fe的TiO $_2$的紫外吸收向长波方向移动（红移），带隙能量从3.81eV（0 at.%）降低到3.81eV（0 at.%）Fe）至3.70eV（8at.% Fe）的$_2$薄膜。研究了Fe对二氧化钛样品的折射率、复介电常数、$\tanδ$、VELF和SELF等光学常数以及色散参数的影响。结果表明，Fe元素对薄膜的结构和光学特性有显著影响.
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic Properties of TiO$_2$ Nanotubes
模拟了由TiO $_2$（二相）[101]面轧制形成的准一维（1D）TiO纳米结构--单壁纳米管，并利用紧束缚带理论研究了它们的电子性质和键级指数。我们发现，所有的锯齿形（n，0）和扶手椅（n，n）的纳米管是均匀的半导体，和带隙的趋势消失，随着管径减小。结果表明，当纳米管直径大于1 nm时，更容易形成锯齿形（n，0）纳米管结构。TiO $_2$管中的Ti-O共价键是最强的相互作用，而Ti-Ti键则弱得多。
2002-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen stoichiometry directs rutile-anatase phase selection through kinetic control of nucleation
Sungkyunkwan University（成均馆大学）；Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）
本研究揭示氧化学计量比作为动力学控制参数调控TiO₂₋ₓ的锐钛矿-金红石相选择，通过模拟明确其成核势垒及中间壳层基元演化机制，建立的模型可预测成分耦合结晶的目标相。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Noble metal free photocatalytic H$_2$ generation on black TiO$_2$: On the influence of crystal facets vs. crystal damage
在这项研究中，我们调查贵金属自由光催化水分解天然单晶面和晶片切片的[001]平面之前和之后，这些表面已被修改的高压氢化（HPH）和氢离子注入。我们发现，在自然的，完整的低指数平面上的光催化H $_2$演变（在没有贵金属助催化剂的情况下）只能实现当氢化处理伴随着引入晶体损伤，如简单的划痕，在晶片中的误切或通过注入损伤。X射线反射率（XRR），拉曼光谱和光学反射测量表明，普通氢化导致约1 nm厚的黑色二氧化钛表面层没有活性，而无色，密度改性和约7 nm厚的层与破坏晶体对称性存在于离子注入表面。这些结果表明，i）完整的氧化物表面的H-处理需要与缺陷形成相结合以进行催化活化，和ii）活化不一定与黑色的存在相一致。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
