Optical gap and native point defects in kaolinite studied by the GGA-PBE, HSE functional, and GW approaches

空位缺陷 高岭石 带隙 材料科学 接受者 混合功能 晶体缺陷 密度泛函理论 化学物理 凝聚态物理 计算化学 光电子学 化学 物理 冶金 有机化学
作者
Jawad Nisar,Cecilia Århammar,Erik J. Berg,Rajeev Ahuja
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:84 (7) 被引量:47
标识
DOI:10.1103/physrevb.84.075120
摘要

The electronic structure of kaolinite with and without intrinsic defects has been studied by the Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) and Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE) functionals and by the G${}_{0}$W${}_{0}$ approach. The band gap of defect-free kaolinite was estimated to between 6.2 and 8.2 eV. Analysis of the formation energy of native point defects in kaolinite was carried out under different growth conditions. When the PBE defect formation energy as a function of temperature is considered, the hydroxyl vacancy is compensated by a hydrogen vacancy at a formation energy of 0.45 eV at oxygen-rich and hydrogen-poor conditions. The hydroxyl vacancy acts as a donor whereas the hydrogen vacancy acts as an acceptor, both inducing states in the band gap. The HSE06 hybrid functional increases the defect formation energy and tends to localize and move these states away from the band edges, as compared to the other two methods. Our results imply that intrinsic defects will tune the band gap of kaolinite and influence properties related to its band structure such as the cation retention capability and drug release.
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