电子掺杂和空穴掺杂对四方WO3能带结构的调控研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：

半导体三氧化钨（wo₃）以其电致变色效应而闻名，可将其应用于“智能窗口”技术。此外，wo₃还作为化学和生物传感器用于许多其他应用，例如用于不同化学反应的催化剂，以及用作太阳能转化或水分解以产生氢的光电化学电池。在后一种情况下，希望减小wo₃的带隙以提高效率，因为带隙足够大（约2.6–3.6ev）去吸收太阳光谱的可见范围。

一种可行的方法是掺杂材料。因此，据报道只有重度掺杂氮的wo₃的带隙显著减小。但是，不良的光电流密度削弱了光电化学电池效率的可能性提高。另一种方式可以是wo₃和us₃中常见的氧空位。导致带隙从3.6到2.6ev降低甚至更低。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

（1） 研究不引入外来元素情形下，单纯的载流子掺杂对四方wo₃的能带结构的影响。

（2） 用基于密度泛函理论（dft）的第一性原理方法，优化晶胞几何结构参数，从理论上预测不同浓度载流子掺杂对四方wo₃能带结构的影响

3. 研究的方法与步骤

拟采用的研究方法是基于密度泛函理论（dft）第一性原理方法。研究步骤如下：

（1）调研最新的关于四方wo3的晶体结构及电子结构的文献资料，以及掺杂影响过渡金属氧化物性质的机理。

4. 参考文献

[1].f. mehmood, r. pachter, n. r. murphy, w.e. johnson, and c. v. ramana, effect of oxygen vacancies on the electronic andoptical properties of tungsten oxide from first principles calculations [j].journal of applied physics, 2016, 120(23): 233105.

[2].f. wang, c. di valentin, and g. pacchioni,electronic and structural properties of wo3: a systematic hybrid dft study [j].the journal of physical chemistry c, 2011, 115(16): 8345-8353.

[3].w. wang, a. janotti, and c. g. v. dewalle, phase transformations upon doping in wo3 [j]. the journal of chemicalphysics, 2017, 146(21): 214504.

5. 计划与进度安排

(1)2022-12-12～2022-03-03

复习固体理论和量子力学方面的有关知识；学习基本的linux命令；学习用vesta软件作晶体结构图；学习vasp软件的应用，学习如何建立输入文件，如何用vasp计算电子结构，如何从输出文件中获取需要的数据，并用origin作态密度图。

(2)2022-03-04～2022-03-10