BiVO4光催化性的第一性原理研究.pdf

1、隨著日益發(fā)展的經(jīng)濟和地球壞境的破壞,利用半導體光催化降解和消除污染物,受到了人們極大關(guān)注。單斜相BiVO4的化學性質(zhì)很穩(wěn)定有良好,無毒、價廉,禁帶寬度為2.4eV,是一種在自然光下光降解水和降解有機污染物的有效的光催化劑。因為人們對可見光催化活性機理的認識尚不統(tǒng)一,本文采用基于密度泛函理論(DFT)框架下的第一性原理平面波贗勢法(PWPP),使用Material studio5.5中的CASTEP模塊對不同晶相的 BiVO4、摻雜型和負

2、載型 BiVO4進行光催化性質(zhì)的研究。研究分別計算了它們的電子結(jié)構(gòu)、能帶、態(tài)密度及吸收光譜,并通過得到的數(shù)據(jù)分析討論摻雜或負載后電子結(jié)構(gòu)變化的原因和BiVO4光催化活性提高的機理。結(jié)論如下:
　　1.由于 BiVO4有3種結(jié)構(gòu),其中單斜相和四方相的光催化性質(zhì)更好,本文通過MS中的CASTEP模塊對單斜相和四方相進行計算并分析,得到光催化性能最好的是單斜相 BiVO4。由于單斜相 BiVO4有較窄的禁帶寬度,所以從理論上說,帶隙窄,

3、電子從價帶到導帶的躍遷只需要較小能量,更易產(chǎn)生光生電子-空穴對。從吸收光譜可以直接看出,單斜相BiVO4對可見光的響應更強。綜上所述,單斜相BiVO4的光催化性能比四方相 BiVO4的好。所以后文的第一性原理研究以單斜相 BiVO4為研究對象。
　　2.對不同濃度的W摻雜BiVO4使得晶體禁帶寬度變窄,整體的電子載流子濃度增加,吸收光譜向紅光方向移動,有效提高光催化活性。不同摻雜濃度,對吸收光譜紅移的影響程度不同,其中摻雜濃度為6

4、.25％時,W-BiVO4最穩(wěn)定,禁帶寬度最窄,吸收光譜紅移最明顯。所以,后續(xù)研究就以6.25%摻雜濃度為例進行研究。
　　3.對2種不同過渡金屬(Mo、W)分別摻雜單斜相BiVO4的光催化性質(zhì)進行研究得到:一、摻雜Mo或W后,使得單斜相BiVO4的禁帶寬度變窄,光生電子和空穴有效分離,吸收光譜向紅光方向移動,有效提高光催化效率。且Mo-BiVO4更穩(wěn)定,禁帶寬度更窄,吸收光譜紅移更明顯。二、d軌道是單斜相BiVO4光催化效率提高