Novos materiais fotocatalíticos à base de alumina com band gap reduzido: Uma abordagem DFT para estudar a estrutura da banda e propriedades ópticas

Neste estudo, cálculos de primeiros princípios utilizando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) foram realizados, os quais foram conduzidos utilizando o Vienna Ab initio Simulation Package (VASP) para examinar o efeito da inserção de Tl nas propriedades eletrônicas e ópticas do α-Al2O3. Os materiais de alumina são abundantes e a principal desvantagem da alumina para aplicações fotocatalíticas é seu grande band gap energético e pouca absorção na região visível da radiação eletromagnética (EM). A inserção de metais de transição (TM) em materiais semicondutores ou isolantes é uma abordagem promissora para melhorar o comportamento de absorção desses materiais usando avaliação DFT. No trabalho atual, uma análise da estrutura da banda (BS) e da densidade de estados (DOS), compreendendo tanto a densidade total de estados (TDOS) quanto a densidade parcial de estados (PDOS), foi realizada. O diagrama da BS revelou que várias concentrações de inserção de Tl no α-Al2O3 reduziram o band gap para 2,38 eV. No diagrama de densidade de estados, a energia do band gap deslocou-se para energias de fótons mais baixas com o aumento das concentrações de Tl, o que apoia os resultados da BS. O band gap obtido a partir do primeiro pico na parte imaginária da função dielétrica está próximo o suficiente daqueles estabelecidos a partir do diagrama da BS. O deslocamento distinto do coeficiente de absorção para energias de fótons mais baixas (2,27 eV) revela a adequação do α-Al2O3 dopado para várias aplicações. O aumento do índice de refração (n) com o aumento de Tl na estrutura do α-Al2O3 é evidencia do aumento de carga, que é uma fonte de polarização e atenua a velocidade da luz em um meio. O aumento da condutividade óptica com a energia do fóton começou após os valores do band gap. Os resultados de refletância, absorbância e transmitância indicam que o α-Al2O3 dopado é responsivo à região visível da radiação eletromagnética, enquanto em estado puro é quase transparente.