文档介绍：山东大学
博士学位论文
几种铋基半导体材料的电子结构及光催化性质的理论研究
姓名:赖康荣
申请学位级别:博士
专业:原子与分子物理
指导教师:张瑞勤;戴瑛
2012-11-22
摘要及本文中所采用的第一性原理计算软件包。第三章详细对,光催化技术可以光解水制氢和降解有机和部分无机污染物等,在环境和能源领域受到越来越广泛的重视。是最早用于降解有机污染物和光解水的光催化剂,。对于光催化剂可以通过拓展其光响应范围使其具有较好的可见光吸收能力,同时提高光生载流子的分离和迁移效率进而提高其太阳能利用率和光催化效率。除以外的金属氧化物及其复合氧化物,因其化学稳定性高和相对低廉的合成成本而逐渐成为比较流行的光催化材料,其中部分铋基氧化物及其复合氧化物因有层状结构且其轨道的杂化使价带上移,从而其具有较小的带隙和价带离散的特点,这将有利于光生空穴从价带向导带迁移,使其可能具有较好的光吸收特性,在可见光下能光解水和有效降解有机污染物,成为一类有发展潜力的光催化材料。本论文主要从理论上研究了几种典型铋基半导体材料,珺虰鹊牡缱有灾始安粼佣蕴逑滴榷ㄐ浴⒐馕占肮獯呋刃灾实影响,总结了一些有价值的规律,解释了一些重要的实验现象,提出了一些提高材料光催化活性的新思路。论文分为八章。第一章简要介绍光催化的机理、铋基光催化材料的研究进展以及本论文的主要内容。第二章主要介绍密度泛函理论以体系的电子结构和相关光催化性质进行比较研究。第四章详细研究又屎蚈空位对虰逑档缱咏峁购凸獯呋灾实挠跋臁5谖逭卵芯縉和元素单掺和共掺杂对体系光解水的光催化活性的影响。第六章,研究掺杂协同效应对逑倒饨庋趸蒲趸钚缘挠跋臁5谄哒吕妹芏确汉理论对体系本征缺陷的掺杂效应进行细致深入地研究。第八章总结了本论文的主要结论和创新点,并对铋基材料光催化研究领域存在的主要问题及未来的研究方向做了展望。本论文主要的研究工作和内容如下所述:和山东大学博士学位论文
诿芏确汉砺奂扑闼肂,和体系的电子结构研究表明体系具有直接带隙。通过研究电子对和的电子结构,如带隙、成键性质等的影响,我们发现除了对带隙有影响外,对导带和价带的宽度也有明显的影响。布居分析显示随着邮脑黾覤脑硬季邮黾樱獗砻髟贐系中随着有蚴脑黾悠浠乖芰υ銮俊玫谝恍栽砑扑阊芯緽和体系表明,对于纯净体系,由于比哂薪闲〉牡缱佑行е柿浚跃哂薪虾玫墓獯呋活性;氧空位作为光生电子的俘获中心有利于延缓光生载流子的复合从而有助于提高光催化效率;氮掺杂引起杂质附近的结构扭曲将产生内建电场,从而有效地提高光生载流子的分离;另外随着氮掺杂浓度的提高吸收边将发生较明显的红移。A死斫釨饨馑墓獯呋钚裕玫谝恍栽砑扑愫头治隽薔和单掺及疢膊鬊逑档牡缱咏峁梗芯拷峁砻鱊/共掺体系的光学带隙减小了并且使光解水制氧所需的驱动力减小,缺陷对键能计算结果表明共掺体系相对于单掺更稳定,因而疢膊可能会成为催化光解水潜在的候选光催化材料之一。扑愫头治隽薔和,粼覤体系的电子结构和相关性质。为了研究杂质对。氧化制氧活性的影响,我们研究了掺杂对体系带边位置的影响规律。研究结果表明疌膊鬊L逑档墓庋Т都跣且其带边位置所对应的氧化还原势仍处于有利于光解水氧化制氧的位置,因此通过疌膊艨墒笲体系具有有效光解水制氧的功能:同时,从计算的缺陷形成能看,金属掺杂原子和提高了娜芙舛龋且共掺体系较单掺体系更稳定。妹芏确汉砺奂扑愫头治鲅芯苛薆逑当菊魅毕莸男纬赡埽毕跃迁能及相关电子性质。结果表明缺陷的形成明显依赖于生长条件,在富生长条件下受主缺陷较容易形成,且空位缺陷将会成为主导的浅受主缺陷,体系具有偷嫉缣卣鳎欢诟籅ぬ跫陆峁喾矗琌空位缺陷电子了山东大学博士学位论文
关键词:会成为主导的深施主缺陷是体系具有偷嫉缣卣鳌S捎诙鳥瘴蝗毕萦利于光生载流子的分离和迁移,因此在富跫碌玫降木哂蠦瘴蝗陷的体系将会有较好的光催化活性。,光催化,密度泛函理论,山东大学博士学位论文
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