Расчет электронного спектра поглощения нанокластера (TiO2)15, допированного атомом азота
Г.П. Михайлов
ФГБОУ ВО «Уфимский университет науки и технологий»
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.510
Краткое сообщение
Аннотация: На начальной стадии формирования наночастиц диоксида титана образуются кластеры (TiO2)n, которые благодаря своим уникальным электронным структурам могут иметь повышенную реакционную способность в сравнении с наночастицами больших размеров. Методами теории функционала плотности выполнен квантово-химический расчет равновесной геометрии кластеров (TiO2)15 и Ti15O29N1 рутильной модификации. С помощью нестационарной теории функционалаплотности в приближении TD DFT/B3LYP/6-31G(d) рассчитаны электронные спектры поглощения кластеров в вакууме и водной среде. Для допированного атомом азота кластера Ti15O29N1 характерно наличие полос поглощения с длинами волн преимущественно в видимой области спектра (430-780 нм) и значительное уменьшение энергетического зазора Egap между нижней вакантной и высшейзанятой молекулярными орбиталями в сравнении с (TiO2)15. Показано влияние положения атомаазота в центральном фрагменте TiO6 кластера Ti15O29N1 на величину Egap, смещение электронного спектра поглощения и максимальную силу осциллятора fmax среди 30 электронных переходов. Установлено, что при учете водной среды положения полос поглощения в электронных спектрах сдвигаются в область более коротких длин волн. Для переходов с наибольшим значением силы осциллятора наличие водной среды приводит к значительному увеличению величины fmax.
Ключевые слова: кластер, диоксид титана, теория функционала плотности, энергетический зазор, электронный спектр поглощения
- Михайлов Геннадий Петрович – д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры материаловедения и физики металлов, ФГБОУ ВО «Уфимский университет науки и технологий»
Ссылка на статью:
Михайлов, Г.П. Расчет электронного спектра поглощения нанокластера (TiO2)15, допированного атомом азота / Г.П. Михайлов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 510-516. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.510.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Zavatski, S. Density functional theory for doped TiO2: current research strategies and advancements / S. Zavatski, E. Neilande, H. Bandarenka et.al. // Nanotechnology. ‒ 2024. ‒ V. 35. ‒ № 19. ‒ Art. № 192001. ‒ 28 p. DOI: 10.1088/1361-6528/ad272e.
2. Du, S. Visible light-responsive N-doped TiO2 photocatalysis: synthesis, characterizations, and applications / S. Du, J. Lian, F. Zhang // Transactions of Tianjin University. ‒ 2022. ‒ V. 28. ‒ I. 1. ‒ P. 33-52. DOI: 10.1007/s12209-021-00303-w.
3. Пат. 2789160 Российская Федерация, МПК B01J 35/00 (2006.01) и др. Легированные азотом наночастицы TiO2 и их применение в фотокатализе / Бальди Д., Никколай Л. и др. ; заявитель и патентообладатель КОЛОРОББИА КОНСАЛТИНГ С.Р.Л. (IT). – № 2020137621; заявл. 02.05.19; опубл. 30.01.23, Бюл. № 4. – 3 с.
4. Qu, Z.-w. Theoretical study of stable, defect-free (TiO2)n nanoparticles with n=10-16 / Z.-w. Qu, G.-J. Kroes // The Journal of Physical Chemistry C. ‒ 2007. ‒ V. 111. ‒ I. 45. ‒ P.16808-16817. DOI: 10.1021/jp073988t.
5. Cossi, M. Energies, structures, and electronic properties of molecules in solution with the C-PCM solvation model / M. Cossi, N. Rega, G. Scalmani et al. // Journal of Computational Chemistry. ‒ 2003. ‒ V. 24. ‒ I. 6. ‒ P. 669-681. DOI: 10.1002/jcc.10189.
6. Frisch, M.J. Gaussian 09 (Revision D.01) / M.J. Frisch, G.M. Trucks et al. ‒ Wallingford: Gaussian Inc., 2013.
7. Chemcraft – graphical software for visualization of quantum chemistry computations. Version 1.6. – Режим доступа: www.chemcraftprog.com. – 1.09.2024.
8. Kakil, S. Theoretical and experimental investigation of the electronic and optical properties of pure and interstitial nitrogen-doped (TiO2)n cluster / S. Kakil, H.Y. Abdullah, T.G. Abdullah // Preprint posted 17.11.2021. DOI: 10.21203/rs.3.rs-975265/v1.
9. Ansari, S.A. Nitrogen-doped titanium dioxide (N-doped TiO2) for visible light photocatalysis / S.A. Ansari, M.M. Khan, M.O. Ansari, M.H. Cho. // New Journal of Chemistry. ‒ 2016. ‒ V. 40. ‒ I. 4. ‒ P. 3000-3009. DOI: 10.1039/c5nj03478g.