·研究论文·Na+对尖晶石结构Co(1-x)NaxCr2O4电子结构及光学性质的影响杨志怀*,1,2张云鹏1张美光2许强2张亚妮2张蓉3(1西安理工大学材料科学与工程学院,西安710048)(2宝鸡文理学院物理与信息技术系,宝鸡721016)(3西北工业大学理学院西安710072)摘要采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法,文章系统研究了Na+四面体掺杂Co(1-x)NaxCr2O4体系的基态结构参数、能带结构、电子态密度、磁矩和光学性质.当Na+掺杂浓度为x=0.125时,计算结果表明Na+四面体掺杂（Co位）比八面体掺杂（Cr位）容易进行.对Na+四面体掺杂体系Co(1-x)NaxCr2O4,计算发现随着Na+掺杂浓度增加（x=0.0,0.125,0.25,0.375,0.5,0.625）,体系的晶格参数逐渐增大，晶胞的磁矩和禁带宽度均减小.同时,费米能级进入价带部分更深.此外,光学性质的结果显示Na+可以使CoCr2O4的吸收光谱发生红移,并在低能区有很强的吸收,表明Na+能极大地提高CoCr2O4对可见光的吸收和光催化效率.关键词光电子学;密度泛函理论;第一原理;电子结构;光学性质;尖晶石结构CoCr2O4中图分类号O436.2；O469文献标识码AEffectofElectronicStructureandOpticalPropertiesofSpinelStructureCo(1-x)NaxCr2O4WithNa+YANGZhihuai*,1，2ZHANGYunpeng1ZHANGMei-guang2XUQiang2ZHANGYa-ni2&ZHANGRong3(1SchoolofMaterialsScienceandEngineering,Xi'anUniversityofTechnology,Xi'an710048,China)(2DepartmentofPhysicsandInformationTechnology,BaoJiUniversityofArtsandSciences,Baoji721016,China)(3ScienceCollege,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an710072,China)AbstractByusingtheplane-waveultrasoftpseudopotentialmethodwithinthegeneralizedgradientapproximation,thestructureparameters,bandstructure,electronicdensityofstates,magneticmoment,andopticalpropertiesofNa+dopedtetrahedralCo(1-x)NaxCr2O4systemwerefullyinvestigated.TheresultsindicatedthatNa+iseasiertoentertetrahedralsites(Co)incomparisonwithoctahedralsites(Cr)withconcentrationofx=0.125forNa+.Withthe收稿日期：年-月-日；收到修改稿日期：年-月-日基金项目：陕西省重点学科建设专项资金,陕西省自然基金项目(2012JQ1011),陕西省教育厅科学研究项目(12JK0983，2014KW07-01,2014K08-17)资助项目，宝鸡文理学院重点项目（YK1027，ZK12047）资助作者简介：杨志怀（1967—），男，讲师，博士研究生，主要研究方向计算材料.Email：yzhihuai@163.com导师简介：张云鹏（1963—），男，教授，博士，主要研究方向为材料成型的计算机模拟.Email:ypzhang@xaut.edu.cn*通信联系人。E-mail:yzhihuai@163.comTel:0917-3364258/15229689575.increasingofdopingconcentrationofNa+inCo(1-x)NaxCr2O4system,thelatticeparametersbecomelargerasintheusualcase,onthecontrary,themagneticmomentandbandgapbecomesmaller.Meanwhile,theFermilevelmovesdeeperintothevalencebandregion.Inaddition,theabsorptionspectraofCo(1-x)NaxCr2O4shiftedtoredinthelowenergyregion,andastrongabsorptioninthelowenergyregionthuscanbeobtained.ThisindicatesthatthedopingNa+cansubstantiallyimprovetheabsorptionofvisiblelightandenhancecatalyticefficiencyofCoCr2O4.KeywordsOptoelectronics;Densityfunctionaltheory;firstprinciples;electronicstructure;opticalproperties;spinelstructureCoCr2O4OCIScodes020.1335160.4760160.1245260.1180260.51301前言尖晶石结构铬酸钴(CoCr2O4)由于其结构和性能的特殊性,如硬度大、熔点高、极高的抗高温熔体腐蚀能力[1]、特殊的磁性[2-13]和光催化活性[14-17],在高性能颜料、磁性材料和光催化等许多领域都有很高的应用价值,是近年来尖晶石材料中备受关注的一种.目前,尖晶石结构铬酸钴(CoCr2O4)的实验研究主要是通过溶胶−凝胶法[15]、水热法、聚合物前驱体法、共沉淀法、自蔓延燃烧法和低温燃烧法(LCS)等化学方法[18]合成纳米粉体,通过粉末衍射得到其结构参数并进行性能测试.研究表明:由于Na的价电子数少于Co，CoCr2O4尖晶石纳米粉体Na替位掺杂后的...