Band-Engineered Bismuth Titanate Pyrochlores for Visible Light Photocatalysis

Abstract

A density functional theory (DFT) study on stoichiometric bismuth titanate pyrochlore (Bi 2 Ti 2 O 7 -BTO) is presented. Pseudopotential plane wave calculations were carried out to determine band gaps, density of states (DOS), and partial density of states (PDOS) of BTO. The theoretically determined optical property of BTO with a direct band gap of 2.6 eV corresponds to a red shift of 70 nm in absorption activity compared to titanium dioxide (TiO 2 ). A rationale has been developed to determine various possibilities of adding impurity elements within the BTO structure to enhance the visible light absorption. Mainly the effects of 3d element (Fe, Ni, Cr, Mn, and V) substitution in the crystal structure of BTO at the titanium position have been the focus of this study. The substitution of these elements shows the formation of different midgap states which indicates the flexibility of the BTO structure to tunability. Among the elements studied, Fe substitution showed a shift in the valence band toward the conduction band. This band gap reduction may facilitate a better electron transfer process. These theoretical results suggest that BTO can be a promising candidate for photocatalytic applications, such as solar-assisted water splitting reactions.

Determination of the electronic, dielectric, and optical properties of sillenite Bi12TiO20 and perovskite-like Bi4Ti3O12 materials from hybrid first-principle calculations

“…15 For example, sillenite Bi 12 TiO 20 and perovskite-like Bi 4 Ti 3 O 12 crystal structures are of particular interest because they are used in photocatalysis to degrade organic pollutants. [16][17][18][19] In addition, they are used in optoelectronic devices because of their photorefractive properties, and their high electro-optical coefficients make them applicable in the field of holographic interferometry.…”

Экспериментальное исследование и ab initio расчет свойств Sc-, In-допированных титанатов висмута со структурой типа пирохлора

“…Ранее с помощью ab initio расчетов были получены данные об электронной структуре и оптических свой-ствах стехиометрического Bi 2 Ti 2 O 7 [1,16,[26][27][28][29][30][31][32]. Авторы упомянутых работ показали, что это соединение отно-сится к диэлектрикам с прямым электронным переходом и величиной запрещенной щели 2.6−2.85 eV [29,32].…”

“…Авторы упомянутых работ показали, что это соединение отно-сится к диэлектрикам с прямым электронным переходом и величиной запрещенной щели 2.6−2.85 eV [29,32]. Позже было выявлено, что при замещении части ато-мов Ti 3d-элементами (Fe, Ni, Cr, Mn и V) происходит формирование новых энергетических состояний внутри запрещенной щели и длинноволновый сдвиг в спек-трах поглощения (по сравнению со стехиометрическим Bi 2 Ti 2 O 7 ) [29].…”

“…Авторы упомянутых работ показали, что это соединение отно-сится к диэлектрикам с прямым электронным переходом и величиной запрещенной щели 2.6−2.85 eV [29,32]. Позже было выявлено, что при замещении части ато-мов Ti 3d-элементами (Fe, Ni, Cr, Mn и V) происходит формирование новых энергетических состояний внутри запрещенной щели и длинноволновый сдвиг в спек-трах поглощения (по сравнению со стехиометрическим Bi 2 Ti 2 O 7 ) [29]. В работе [33] Ранее нами были изучены области изоморфного за-мещения в Sc-, In-допированных титанатах висмута со структурой типа пирохлора Bi 2−y M x Ti 2 O 7−1.5y +1.5x (M = Sc, In; y = 0.4 при x = 0.2−0.6; y = 0.6 при x = 0.4−0.6) и показано распределение допанта по ка-тионным позициям [34,35].…”

Electron smearing in DFT calculations: A case study of doxorubicin interaction with single‐walled carbon nanotubes

“…There is a number of molecular modeling packages, in which electron smearing option is available: the reports cited above used the Amsterdam Density Functional (ADF) software [1,29]; Cerius2 [3], DMol 3 [4-28, 30-33, 35-37, 39, 42, 46, 47, 49, 53, 55, 58, 59, 61, 64, 66, 67] and Cambridge Sequential Total Energy Package (CASTEP) [45,60] modules (from Accelrys Inc., formerly Molecular Simulations Inc.); the Vienna Ab initio Simulation Package (VASP) [34, 38, 41, 43, 44, 50-52, 54, 65] CRYSTAL03 periodic code [40]; the plane-wave self-consistent field (PWscf) code [48,56]; the Quantum ESPRESSO package [57,62]; and the plane wave, pseudopotential code Dacapo [63].…”