Электронная структура фосфатов кобальта Co1–xMxPO4, легированных атомами железа и никеля

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы электронные состояния, структуры зон, свойства связей CoPO4, Co1–xFexPO4, и Co1–xNixPO4 методом теории функционала плотности. Анализированы потенциальные возможности данных систем в фотокаталитическом расщеплении воды для получения водорода. Плотность электронных состояний спином вверх для систем CoPO4, Co1–xFexPO4 и Co1–xNixPO4 имеет запрещенную зону 2.7, 3.4 и 3.45 эВ соответственно. Плотность состояний электронов со спином вверх вблизи уровня Ферми, очевидно, больше, чем у электронов со спином вниз. При этом в запрещенной зоне легированных полупроводников появляются локализованные состояния электронов из-за примесных атомов. Вычисленное значение энергии нижнего края зоны проводимости для CoPO4 составило –0.7 эВ, что более отрицательно, чем энергия расщепления воды, в то время как вычисленное значение энергии верхнего края валентной зоны составило 2.01 эВ, что более положительно, чем энергия выделения кислорода, которая составляет 1.23 эВ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. Д. Печерская

Институт материаловедения АН РУз

Автор, ответственный за переписку.
Email: mariya.pecherskaya@yahoo.com
Узбекистан, ул. Чингиза Айтматова, 2Б, Ташкент, 100084

О. А. Галкина

Институт химии и физики полимеров АН РУз

Email: mariya.pecherskaya@yahoo.com
Узбекистан, ул. Абдуллы Кадыри, 7Б, Ташкент, 100128

О. Н. Рузимурадов

Туринский политехнический университет в г. Ташкент

Email: mariya.pecherskaya@yahoo.com
Узбекистан, ул. Кичик халка йули, 17, Ташкент, 100095

Ш. И. Маматкулов

Институт материаловедения АН РУз

Email: mariya.pecherskaya@yahoo.com
Узбекистан, ул. Чингиза Айтматова, 2Б, Ташкент, 100084

Список литературы

  1. Raj D., Scaglione F., Fiore G. et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 5. P. 1313. https://doi.org/10.3390/nano11051313
  2. Pecherskaya M.D., Butanov K.T., Ruzimuradov O.N. et al. // Glass Phys.Chem. 2022. V. 48. № 4. P. 327. https://doi.org/10.1134/S1087659622040101
  3. Saidov K., Shrawan R., Razzokov J. et al. // E3S Web of Conferences. 2023. V. 402. № 14038. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202340214038
  4. Gicha B.B., Tufa L.T., Kang S. et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 6. P. 1388. https://doi.org/10.3390/nano11061388
  5. D’yachkov E.P., D’yachkov P.N. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. № 9. P. 1152. https://doi.org/10.1134/S0036023619090080
  6. Peng X., Pi C., Zhang X. et al. // Sustain. Energy Fuels. 2019. V. 3. № 2. P. 366. https://doi.org/10.1039/c8se00525g
  7. Liu B., Zhao Y.F., Peng H.Q. et al. // Adv. Mater. 2017. V. 29. № 19. P. 1606521. https://doi.org/10.1002/adma.201606521
  8. Jiang Y., Lu Y. // Nanoscale. 2020. V. 12. № 17. P. 9327. https://doi.org/10.1039/d0nr01279c
  9. Sumesh C.K., Peter S.C. // Dalton Trans. 2019. V. 48. № 34. P. 12772. https://doi.org/10.1039/c9dt01581g
  10. Geng Z., Yang M., Qi X. et al. // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2019. V. 94. № 5. P. 1660. https://doi.org/10.1002/jctb.5937
  11. Rodionov I.A., Zvereva I.A. // Russ. Chem. Rev. 2016. V. 85. № 3. P. 248. https://doi.org/10.1070/rcr4547
  12. Kim C., Lee S., Kim S.H. et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 11. P. 2989. https://doi.org/10.3390/nano11112989
  13. Samal A., Swain S., Satpati B. et al. // ChemSusChem. 2016. V. 9. № 22. P. 3150. https://doi.org/10.1002/cssc.201601214
  14. Liu X., Lai H., Li J. et al. // Photochem. Photobiol. Sciences. 2022. V. 21. № 1. P. 49. https://doi.org/10.1007/s43630-021-00139-2
  15. Lutterman D.A., Surendranath Y., Nocera D.G. // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. № 11. P. 3838. https://doi.org/10.1021/ja900023k
  16. Barroso M., Cowan A.J., Pendlebury S.R. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. № 38. P. 14868. https://doi.org/10.1021/ja205325v
  17. Ejsmont A., Jankowska A., Goscianska J. // Catalysts. 2022. V. 12. № 2. P. 110. https://doi.org/10.3390/catal12020
  18. Zhang J., Sun W., Ding X. et al. // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 3. P. 526. https://doi.org/10.3390/nano13030526
  19. Surendranath Y., Kanan M.W., Nocera D.G. // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. № 46. P. 16501. https://doi.org/10.1021/ja106102b
  20. Lutfalla S., Shapovalov V., Bell A.T. // J. Chem. Theory. Comput. 2011. V. 7. № 7. P. 2218. https://doi.org/10.1021/ct200202g
  21. Giannozzi P., Baroni S., Bonini N. et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 2009. V. 21. № 39. P. 5502. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502
  22. Ehrenberg H., Bramnik N.N., Senyshyn A. et al. // Solid State Sci. 2009. V. 11. № 1. P. 18. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2008.04.017
  23. de la Peña O’Shea V.A., Moreira I. de P.R., Roldán A. et al. // J. Chem. Phys. 2010. V. 133. № 2. P. 4701. https://doi.org/10.1063/1.3458691
  24. Emmeline Yeo P.S., Ng M.F. // J. Mater. Chem. A. 2017. V. 5. № 19. P. 9287. https://doi.org/10.1039/c6ta10674a
  25. Jain A., Ong S.P., Hautier G. et al. // APL Mater. 2013. V. 1. № 1. P. 011002. https://doi.org/10.1063/1.4812323
  26. Ludwig J., Nilges T. // J. Power Sources. 2018. V. 382. P. 101. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.02.038
  27. Gahlawat S., Singh J., Yadav A.K. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2019. V. 21. № 36. P. 20463. https://doi.org/10.1039/c9cp04132j
  28. Gerken J.B., McAlpin J.G., Chen J.Y.C. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. № 36. P. 14431. https://doi.org/10.1021/ja205647m
  29. Lyons M.E.G., Brandon M.P. // Int. J. Electrochem. Sci. 2008. V. 3. № 12. P. 1386. https://doi.org/10.1016/S1452-3981(23)15533-7
  30. Artero V., Chavarot-Kerlidou M., Fontecave M. // Angewandte Chemie – International Edition. 2011. V. 50. № 32. P. 7238. https://doi.org/10.1002/anie.201007987
  31. Delmas C., Cherkaoui F., Nadiri A. et al. // Mater. Res. Bull. 1987. V. 22. № 5. P. 631. https://doi.org/10.1016/0025-5408(87)90112-7
  32. Zhu Y.P., Ren T.Z., Yuan Z.Y. // Catal. Sci. Technol. 2015. V. 5. № 9. P. 4258. https://doi.org/10.1039/c5cy00107b
  33. Pearson R.G. // Inorg. Chem. 1988. V. 27. № 4. P. 734. https://doi.org/10.1021/ic00277a030
  34. Соммер А. Фотоэмиссионные материалы / Пер. с англ. под ред. Мусатова А.Л. М.: Энергия, 1973.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структура кристаллов CoPO4 (а), Co1–xFexPO4 (б) и Co1–xNixPO4 (в), использованная в расчетах. Красным цветом обозначены атомы кислорода, желтым – фосфора, темно-зеленым – кобальта.

Скачать (340KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Плотность электронных состояний (DOS) со спином вверх и вниз для чистого CoPO4 (а, б), а также CoPO4, легированного железом (в, г) и никелем (д, е). Нулевая энергия берется на уровне Ферми, левая половина рисунков отображает состояние со спином вверх, а правая – состояние со спином вниз.

Скачать (360KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Структура энергетических зон и парциальные плотности состояний системы CoPO4 для электронов со спинами вверх (а) и для электронов со спинами вниз (б). Для этого кристалла зонные структуры для электронов с различным направлением спина отличаются друг от друга, что приводит к неодинаковым по величине запрещенным зонам и составляют Еgu = 2.7 эВ и Еgd = 1.1 эВ.

Скачать (551KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Структура энергетических зон и парциальные плотности состояний системы Co1–xFexPO4 для электронов со спинами вверх (а) и для электронов со спинами вниз (б).

Скачать (653KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Структура энергетических зон и парциальные плотности состояний системы Co1–xNixPO4 для электронов со спинами вверх (а) и для электронов со спинами вниз (б).

Скачать (553KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024