摘要：本文采用第一性原理中基于密度泛函理论（DFT）的广义梯度近似（GGA）方法,设计了一种新的（TiO2）12量子环结构,研究了它的几何结构、平均结合能及电子云分布等属性.在此新型结构的基础上,分别采用过渡金属化合物MoS2,Mo Se2,Mo Te2,WS2,WSe2和WTe2进行掺杂,并分析了掺杂后体系的几何结构及电子属性（如平均结合能、能级结构、HOMO-LUMO轨道电子云密度分布和电子态密度等）.计算结果表明：（TiO2）12量子环直径为1.059 nm,呈中心对称分布,且所有原子组成一个二维平面结构,使其几何结构比较稳定,另外该量子环HOMO-LUMO轨道电子云分布均匀,且能隙为3.17eV,与半导体材料TiO2晶体的能隙的实验值（3.2 eV）非常接近.掺杂后量子环的能隙均大幅减小,其中WTe2的掺杂结果能隙最小,仅为0.61eV,Mo Te2的掺杂结果能隙最大,为1.16 eV,也比掺杂前减小约2.0 eV.其他掺杂结果的能隙都在1eV左右,变化不大.这个能隙的TiO2可以利用大部分的太阳光能,使TiO2具有更为广泛的应用.

关键词：密度泛函理论 过渡金属化合物掺杂 能隙 

单位：中国石油大学北京理学院表面物理实验室 北京102249