Primeros principios revelan información sobre las posiciones de dopantes de Mo y calcógeno en anatasa, TiO
Autores: Wanniarachchi, W. A. Chapa Pamodani; Vajeeston, Ponniah; Rahman, Talal; Velauthapillai, Dhayalan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Primeros principios revelan información sobre las posiciones de dopantes de Mo y calcógeno en anatasa, TiO
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Estudio
DFT
Propiedades electrónicas
Propiedades ópticas
Mo
Calcógeno
Dopaje
Brecha de banda
TiO
Configuraciones
Dopaje de tipo n
Eficiencia fotocatalítica
Recombinación de carga
Poder de oxidación
Luz visible
Fotocatálisis impulsada por oxidación
Transferencia de carga
Propiedades optoelectrónicas
Disposición de dopantes
Aplicaciones de energía solar.
Licencia
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Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio emplea la teoría del funcional de la densidad (DFT) para investigar las propiedades electrónicas y ópticas del molibdeno (Mo) y del co-dopado de calcógenos (S, Se, Te) en el anatasa TiO. Dos configuraciones de co-dopado fueron examinadas: Modelo 1, donde los dopantes están adyacentes, y Modelo 2, donde los dopantes están más separados. La incorporación de Mo en el anatasa TiO resultó en una reducción significativa de la banda prohibida, disminuyéndola de 3.22 eV (TiO puro) a un rango de 2.52-0.68 eV, dependiendo del modelo de dopado específico. La introducción de estados Mo-4d por debajo de la banda de conducción provocó un desplazamiento del nivel de Fermi desde la parte superior de la banda de valencia hasta la parte inferior de la banda de conducción, confirmando las características de dopado de tipo n de Mo en TiO. El dopado de calcógenos introdujo estados electrónicos aislados de Te-5, S-3 y Se-4 ubicados por encima del máximo de la banda de valencia, reduciendo aún más la banda prohibida. Entre las configuraciones examinadas, el co-dopado Mo-S en el Modelo 1 mostró una estructura de estabilidad estructural más óptima con menos estados de impureza, mejorando la eficiencia fotocatalítica al reducir la recombinación de carga. Con la excepción del co-dopado Mo-Te, todos los sistemas co-dopados demostraron un fuerte poder de oxidación bajo luz visible, haciendo que el TiO co-dopado con Mo-S y Mo-Se sea una opción prometedora para la fotocatálisis impulsada por la oxidación. Sin embargo, su capacidad de reducción limitada sugiere que pueden ser menos adecuados para aplicaciones de división de agua. El estudio también reveló que la posición del dopante influye significativamente en la transferencia de carga y en las propiedades optoelectrónicas. El Modelo 1 favoreció la densidad de electrones localizada y una magnetización más débil, mientras que el Modelo 2 exhibió una densidad de carga delocalizada y una magnetización más fuerte. Estos hallazgos subrayan el papel crítico de la disposición de los dopantes en la optimización de los fotocatalizadores basados en TiO para aplicaciones de energía solar.
Descripción
Este estudio emplea la teoría del funcional de la densidad (DFT) para investigar las propiedades electrónicas y ópticas del molibdeno (Mo) y del co-dopado de calcógenos (S, Se, Te) en el anatasa TiO. Dos configuraciones de co-dopado fueron examinadas: Modelo 1, donde los dopantes están adyacentes, y Modelo 2, donde los dopantes están más separados. La incorporación de Mo en el anatasa TiO resultó en una reducción significativa de la banda prohibida, disminuyéndola de 3.22 eV (TiO puro) a un rango de 2.52-0.68 eV, dependiendo del modelo de dopado específico. La introducción de estados Mo-4d por debajo de la banda de conducción provocó un desplazamiento del nivel de Fermi desde la parte superior de la banda de valencia hasta la parte inferior de la banda de conducción, confirmando las características de dopado de tipo n de Mo en TiO. El dopado de calcógenos introdujo estados electrónicos aislados de Te-5, S-3 y Se-4 ubicados por encima del máximo de la banda de valencia, reduciendo aún más la banda prohibida. Entre las configuraciones examinadas, el co-dopado Mo-S en el Modelo 1 mostró una estructura de estabilidad estructural más óptima con menos estados de impureza, mejorando la eficiencia fotocatalítica al reducir la recombinación de carga. Con la excepción del co-dopado Mo-Te, todos los sistemas co-dopados demostraron un fuerte poder de oxidación bajo luz visible, haciendo que el TiO co-dopado con Mo-S y Mo-Se sea una opción prometedora para la fotocatálisis impulsada por la oxidación. Sin embargo, su capacidad de reducción limitada sugiere que pueden ser menos adecuados para aplicaciones de división de agua. El estudio también reveló que la posición del dopante influye significativamente en la transferencia de carga y en las propiedades optoelectrónicas. El Modelo 1 favoreció la densidad de electrones localizada y una magnetización más débil, mientras que el Modelo 2 exhibió una densidad de carga delocalizada y una magnetización más fuerte. Estos hallazgos subrayan el papel crítico de la disposición de los dopantes en la optimización de los fotocatalizadores basados en TiO para aplicaciones de energía solar.