Author: Анюта
Last saved by: Chizhov

Специализация: 010700/03 Физика конденсированного состояния вещества
Программа: 23 Фотоника гетерогенных и конденсированных систем
Руководитель программы: д.ф.-м.н., проф. В.К. Рябчук
Кафедра фотоники
Научный руководитель: д.ф.-м.н., доцент Ю.В. Чижов
Рецензент: к.ф.-м.н. И.В. Крауклис

Спектры поглощения Ti^3+ центров нанокластеров диоксида титана: расчет методом теории функционала плотности
Хаустов Сергей Николаевич

Последнее десятилетие многие исследователи активно занимаются проблемой сенсибилизации диоксида титана к видимому свету при обязательном сохранении его фотокаталитической активности.
Особую роль в решении этой проблемы играет понимание природы различного рода дефектов в диоксиде титана (вакансии, дислокации, примеси и пр.). Стоит отметить, что внимание исследователей привлекает природа собственных дефектов TiO_2, таких как анионные и катионные вакансии, зарядовые центры Ti^3+, F-центры и другие.
Задача данного проекта - исследование трех типов точечных дефектов различной природы, а именно создание: –OH группы, кислородной вакансии, а также примеси атома фтора в нанокластере диоксида титана с использованием метода нестационарной теории функционала плотности (НТФП). В качестве исходного кластера для моделирования был выбран стехиометрический кластер диоксида титана Ti_8O_16. Затем производилось моделирование присоединения H к O (образование –OH группы), создания кислородной вакансии путем удаления одного из кислородов, а также моделирование допирования атомом F путем замещения атома O. Таким образом, были смоделированы восстановленные кластеры: Ti_8O_14(OH)_2, Ti_8O_15, Ti_8O_14F_2.
Согласно вычислениям в рамках НТФП у кластера Ti_8O_16 есть "запрещенная зона", ширина которой равняется 4.04 эВ, в то время как оптический край поглощения лежит в 3.46 эВ. Вычисления показали, что спектры поглощения Ti^3+ центров структурированы и располагаются от близкого УФ до ИК-диапазона с максимумом в видимой области. Оказалось, что в некоторых случаях полосы спектра похожи, а в остальных спектры и вовсе совпадают. Крайне важным является тот факт, что положения ширины запрещенной зоны Ti^3+ уровней для изоэлектронных Ti_8O_14F_2 и Ti_8O_14(OH)_2 кластеров почти идентичны, и их спектры поглощения практически неотличимы. 
На основании вышеизложенных результатов был сделан  вывод о том, что вне зависимости от типа создаваемого дефекта, восстановленные кластеры (Ti_8O_14(OH)_2, Ti_8O_15, Ti_8O_14F_2) имеют одинаковые дефектные Ti^3+ состояния. Кластеры имеют похожие (в некоторых случаях одинаковые) электронные и оптические свойства.

Список публикаций
1. S. N. Khaustov. Electronic structure of titania nanoclusters doped by fluorine and nitrogen: DFT calculations // Conference abstracts, International Student Conference "Science and Progress", St. Petersburg, 2010. P.85.
2. S.N. Khaustov. Absorption spectra of reduced TiO2 nanocluster: TDDFT study // Conference abstracts, International Student Conference "Science and Progress", St. Petersburg, 2011. P.103.