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01.06.2015 | Original Paper | Ausgabe 12/2015

Journal of Materials Science 12/2015

Bandgap engineering of oxygen-rich TiO2+x for photocatalyst with enhanced visible-light photocatalytic ability

Zeitschrift:
Journal of Materials Science > Ausgabe 12/2015
Autor:
Hui Pan

Abstract

TiO2, as a photocatalyst, has attracted substantial attention since the discovery of water splitting property on the TiO2 electrodes. However, its efficiency of water splitting is limited by its wide bandgap (~3.0 eV). Here, we predict its bandgap can be efficiently reduced by incorporating excess oxygen atoms on the basis of first-principles calculations. We show that the excess oxygen is more stable to bond to Ti atom and to form ordered structure. The narrowing of bandgap in oxygen-rich TiO2 originates from the ordered excess oxygen because the coupling between them shifts the conduction band bottom down. The bandgap of TiO2+x decreases with the increase of the density of excess oxygen (x). A bandgap of 1.3 eV can be achieved at x = 0.5. The oxygen-rich TiO2 shows intrinsic semiconducting characteristic without localized states within the bandgap, indicating lower trapping centers. The enhancement of visible-light absorption due to the narrowed bandgap and the intrinsic semiconductor characteristic result in the improvement of the photocatalytic performance in oxygen-rich TiO2+x .

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