《釩酸鹽光催化活性和晶面穩定性調控機理的理論研究》是依託福州大學，由丁開寧擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：釩酸鹽光催化活性和晶面穩定性調控機理的理論研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：丁開寧
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
釩酸鹽是一類重要的可見光光催化劑，通過摻雜可顯著提高其光催化活性，但其機理尚不明確。所以本項目採用基於第一性原理的密度泛函理論(DFT)方法，首次對摻雜和未摻雜釩酸鹽體系的構型、電子結構以及表面反應活性開展系統研究，從表面和能帶調控兩個層面探討釩酸鹽摻雜體系的光催化活性，著重解決釩酸鹽各晶面摻雜前後穩定性和化學吸附行為的變化情況，以及摻雜元素對體系能帶結構的調控與光催化活性之間的內在關係，期望從中總結出摻雜元素影響釩酸鹽電子結構、表面穩定性和吸附能力的規律，進而指導實驗工作者選取合適的摻雜元素以獲得具有高活性晶面的釩酸鹽光催化劑，為半導體光催化劑的性能調控提供思路，縮短新型高效可見光光催化劑的研發周期。
結題摘要
本課題按照原定計畫採用理論模擬方法對純淨和摻雜釩酸鹽體系的構型、電子結構以及表面吸附及反應活性進行了系統研究，並進一步推廣到其它新型半導體光催化劑中。其中所涉及的的釩酸鹽主要為釩酸鉍；其他新型半導體光催化劑主要為硫銦鋅、鍺酸鋅等；對於摻雜物，主要包括金屬離子和非金屬原子。通過採用 基於第一性原理的密度泛函理論(DFT)方法，我們分別獲得了ⅢA 金屬（Al、Ga、In）、ⅠB金屬（Cu、Ag、Au）、Mo以及非金屬F摻雜BiVO4體相或表面的熱力學最穩定摻雜位，非金屬N、F單摻和共摻對鍺酸鋅的熱力學最穩定摻雜位，具體分別為：在體相，ⅢA 金屬、ⅠB金屬、Mo更易摻雜到V位，對於表面，Mo更易摻雜到表層Bi位；而對於F，無論是在體相還是在表面，F均易摻雜到O位；對於鍺酸鋅，N、F易於摻雜在O位上。在此基礎 上，我們重點探討了摻雜元素對該類半導體光催化劑的物理和化學性質的影響規律。其中包括摻雜前後釩酸鹽幾何結構、偶極矩、電子結構、帶邊位置、有效載流子質量等性質的改變情況；同一摻雜物不同摻雜位的影響情況，同一摻雜物對不同晶面摻雜的影響情況；摻雜對催化劑在可見光區光學性質的影響情況；以及水分子在摻雜改性前後的釩酸鹽表面吸附及活化過程等。本課題的研究成果在於掌握在原子層次上摻雜元素對釩酸鹽及其它半導體光催化劑高活性晶面調控的微觀機理，為新型半導體光催化劑的性能調控提供思路，縮短新型高效可見光光催化劑的研發周期。
