氧缺陷型金红石相TiO2-x(x=0~0.5)光电性能理论研究

采用密度泛函理论方法,研究氧缺陷型金红石相TiO_(2-x)(x=0～0.5)光催化剂晶体结构、能带结构以及光电行为。计算结果表明,金红石相TiO_2引入氧缺陷后,在带隙中间形成不同程度的缺陷能级,由Ti 3d和O 2p组成,大大降低了电子从价带跃迁到导带所需要的能量,使TiO_(2-x)的吸收边红移,增强了可见光响应,有利于提高可见光催化活性。随着氧缺陷浓度θ由1.39%升高到25%,TiO_(2-x)的带隙先减小后增大,当θ=6.25%时,禁带宽带减小至1.46 eV。综合紫外-可见吸收光谱结果,6.25%为最佳氧缺陷浓度,电子在晶体中迁移率大,对可见光的吸收强度大,有利于提高TiO_2的光催化性能。     

层状Bi2O2CO3可见光催化活性增强机理研究

本文基于第一性原理方法,研究Bi2O22+和CO32-交替层中氧缺陷生成对晶体结构、能带结构以及光学性质的影响,揭示氧缺陷提高Bi2O2CO3可见光催化活性作用机制。计算结果发现,氧缺陷的存在对Bi2O2CO3的晶胞参数和Bi-O键影响较小,但作为电子施主中心可以向周围原子提供电子,造成Bi2O2CO3电荷分布发生变化,有效减小能带间隙,促进Bi2O2CO3对可见光的吸收,且这种现象随着氧缺陷浓度的升高更加明显。值得注意的是,Bi2O22+层和CO32-层氧缺陷的作用不同。CO32-层中氧缺陷的形成导致费米能级附近出现缺陷能级,改变了电子的跃迁方式。相较于CO32-层,氧缺陷更容易存在于Bi2O22+层中,能够更佳有效地减小Bi2O2CO3的能带间隙,进一步促进Bi2O2CO3对可见光的吸收。随着Bi2O22+和CO32-层氧缺陷浓度增加,Bi2O22+层氧缺陷的作用愈明显,当浓度达到6.25%时,Bi2O2CO3在可见光区的响应显著增强,有利于提高Bi2O2CO3可见光催化活性。本文计算结果解释了实验上氧缺陷增强Bi2O2CO3光催化活性现象,并为今后合成其它含氧缺陷Bi基金属氧化物提供理论指导。