《表1 ZnO与各掺杂体系能量及键布居》

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《第一性原理方法研究N-Pr共掺杂ZnO的电子结构和光学性质》

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由表1所列ZnO，ZnO0.875N0.125，Zn1-nPrn O0.875N0.125（n=0，0.125，0.25，0.375）的能量和键布居情况可知，相对于ZnO完美晶体，各种缺陷的存在都能引起晶体能量的改变.由形成能的数据可知，Zn0.875Pr0.125O和ZnO0.875N0.125这两个单掺杂体系的形成能比共掺杂体系的都大，说明共掺体系比单掺杂体系更容易形成；共掺体系随着Pr原子掺杂浓度的增加而减小，形成能变小，说明稳定性变强.我们知道键布居是一种可以用来分析化学键特性的常用参数，键布居数值越大，化学键共价特性越强[25].从表1中可以很明显地看出，各掺杂体系的最大Zn—O键布居数变化不大，但所有掺杂体系的Zn—O键布居数均大于本征体系，其中掺N后的共价性增强得最为明显，但当掺杂Pr原子浓度增大到0.375时，共价性开始减弱，说明N的掺入可以有效改善因Pr掺入引起的不稳定性，但其改善能力也有限.最小Zn—O键布居数均小于本征体系，呈逐渐减小的趋势，说明其共价性逐渐变弱，也表示ZnO禁带宽度应该变小，这在后面能带结构的讨论中也得到验证；同一体系的最短Zn—O键的布居数都比最长Zn—O键的布居数小，二者之间对应的比例随杂质浓度的增大先增加后减小，说明杂质的掺入对体系的晶格畸变有很大的影响.掺杂浓度成为引起这一现象的原因主要是由于Pr离子半径小于Zn离子半径，N离子半径小于O离子半径，这种晶格畸变会使ZnO晶体内部正负电荷中心不再重合而产生内部偶极矩，进而产生局域电势差，因此有利于光生空穴-电子对的分离，从而提高材料的光催化活性.