ilmsarchashmalari@umail.uz +998 91-915-45-55 220100, Urganch shahri, Hamid Olimjon koʻchasi, 14-uy.
O'zbekcha Русский English
Arxiv / №3 · 2026 / Maqola
01.00.00 – FIZIKA-MATEMATIKA FANLARI

KAOLIN ELEKTRON TUZILISHIGA Fe KIRITMASINING TA’SIRI

Annotatsiya
O'ZBEKCHA

Ushbu ishda gibrid funksional zichlik funksional nazariyasi asosida temir (Fe) dopingi kaolinit (Al₂Si₂O₉H₄)ning elektron xususiyatlariga ta’siri o‘rganildi. Sof kaolinitning tarmoqli oralig‘i 6.24 eV bo‘lib, Fe dopingi 25% (Si atomlariga nisbatan) kiritilganda u 2.8 eVgacha kamayadi. Holatlar zichligi tahlili tarmoqli oralig‘ining qisqarishida Fe ning d-orbitallari asosiy rol o‘ynashini ko‘rsatdi. Bader zaryad va elektron lokalizatsiya tahlillari temir bilan bog‘langan kislorod atomlari atrofida elektron zichligi-ning kamayganligini tasdiqlaydi. Natijada, Fe bilan doplangan kaolinit yarimo‘tkazgich xususiyatlariga ega bo‘lib, fotosensitivligi ortadi va uni quyosh energetikasi, fotokataliz hamda sensor texnologiyalarida qo‘llash imkonini beradi

Kalit so'zlar: Kaolin, DFT, VASP, PBE, GGA, PAW, HSE06
РУССКИЙ

В работе с использованием гибридных функционалов теории функционала плот-ности исследовано влияние легирования железом (Fe) на электронные свойства каолинита (Al₂Si₂O₉H₄). Установлено, что ширина запрещённой зоны чистого каолинита составляет 6.24 эВ и уменьшается до 2.8 эВ при введении Fe в концентрации 25% по отношению к атомам кремния. Анализ плотности состояний показал, что уменьшение запрещённой зоны обусловлено d-орбиталя-ми Fe. Результаты анализа зарядов по Бадеру и локализации электронов указывают на снижение электронной плотности вокруг атомов кислорода, связанных с железом. В результате легирования материал приобретает полупроводниковые свойства и повышенную фоточувствительность, что делает его перспективным для применения в солнечной энергетике, фотокатализе и сенсорных технологиях

Ключевые слова: Каолин, DFT, VASP, PBE, GGA, PAW, HSE06.
ENGLISH

Hybrid functional density functional theory calculations were employed to investigate the effect of iron (Fe) doping on the electronic properties of kaolinite (Al₂Si₂O₉H₄). The results show that pristine kaolinite has a wide band gap of 6.24 eV, which significantly decreases to 2.8 eV when Fe is introduced at a concentration of 25% relative to silicon atoms (2.94% of total atoms). Density of states analysis reveals that Fe d-orbitals are primarily responsible for the band gap reduction. Bader charge and electron localization analyses indicate a decrease in electron density around oxygen atoms bonded to iron. As a result, Fe doping induces semiconducting behavior and enhances photosensitivity, suggesting potential applications in solar energy conversion, photocatalysis, and sensor technologies.

Keywords: Kaolin, DFT, VASP, PBE, GGA, PAW, HSE06
Maqola · PDF
PDF yuklab olish Yangi oynada ochish

Foydalanilgan adabiyotlar

  1. Murray HH. Applied clay mineralogy: occurrences, processing and applications of kaolins, bentonites, palygorskite-sepiolite, and common clays. Elsevier, 2006
  2. Nisar J., Topalian Z., De Sarkar A., Österlund L., Ahuja R. Optical gap and native point defects in kaolinite studied by the GGA-PBE, HSE functional, and GW approaches. Physical Review B. 2011;84(7):075135.
  3. Fu L., Yang H. Structure and electronic properties of transition metal doped kaolinite nanoclay. Nanoscale Research Letters. 2017, 12(1), p. 411.
  4. Chen M., Yang T., Han J, et al. The Application of Mineral Kaolinite for Environment Decontamination: A Review. Catalysts. 2023, 13(1), p. 123.
  5. Richard N., Zalutskii AA. et al. Local Environments in Iron-Bearing Clay Minerals by DFT Approaches. Applied Clay Science. 2021;214:106277.
  6. Apaolaza-Goikoetxea A., Richard N., Rendtorff NM., Gil Rebaza AV. The study of their structural and electronic properties by DFT methods. Applied Clay Science. 2022, 218, 106404.
  7. Zhao J., Qin X., Wang J., He M. Effect of Mg (II) and Na(I) doping on the electronic structure and mecha-nical properties of kaolinite. Minerals. 2020, 10(4), p. 368.
  8. Fakhri M.A., Abdallah B. et al. Enhancing photocatalytic performance of kaolin clay: an overview of treatment strategies and applications. Journal of Materials Science. 2023, 58, pp. 18123-18147.
  9. Cuong N.D., Hoa N.D. et al. Thermally reduced kaolin-graphene oxide nanocomposites for gas sensing application. Scientific Reports. 2015, 5, p. 7676.
  10. Chen Y., Wen L., Chen J., Luo H., Liu J. In situ growth of g-C3N4 on clay minerals of kaolinite, sepiolite, and talc for enhanced solar photocatalytic energy conversion. Applied Clay Science. 2022, 216, p. 106337
← Songa qaytish