電荷補償型元素摻雜對Ta3N5光催化性能影響的理論研究

《電荷補償型元素摻雜對Ta3N5光催化性能影響的理論研究》是依託河海大學，由王家佳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電荷補償型元素摻雜對Ta3N5光催化性能影響的理論研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王家佳
• 依託單位：河海大學

項目摘要

Ta3N5半導體是潛在的高效光催化材料，然而氮空位和氧雜質的存在導致Ta3N5實際的光催化性能不高。電荷補償型元素摻雜是克服氮空位和氧雜質的不利影響，從而提高Ta3N5光催化性能的可行措施。本項目擬選取26種元素分別與氮空位和氧雜質形成電荷補償摻雜，利用第一性原理計算，首先研究電荷補償型元素摻雜對Ta3N5電子結構的影響，篩選若干既能提高Ta3N5的導帶底位置又能減小電子空穴有效質量的摻雜元素；在此基礎上，將第一性原理計算和從頭算分子動力學模擬相結合，進一步研究元素摻雜後Ta3N5表面與水的相互作用，力求揭示電荷補償型元素摻雜對Ta3N5表面分解水能力的影響，最終篩選出若干有助於提高Ta3N5光催化性能的摻雜元素。該項目將在一定程度上推動光催化技術的套用和發展，為Ta3N5半導體光催化材料的套用提供理論與實驗基礎，具有重要的理論價值和廣闊的套用前景。

結題摘要

電荷補償型元素摻雜是克服氮空位和氧雜質的不利影響，從而提高Ta3N5光催化性能的可行措施。本項目以第一性原理計算為研究手段對Ta3N5半導體光催化材料開展研究。首先，研究了Mg-Zr共摻Ta3N5的熱力學性質和電子結構，揭示了Mg-Zr共摻對Ta3N5光電化學性能的提升來源於Mg和Zr在Ta3N5中不同的熱力學性質；其次，研究了電荷補償型元素摻雜對Ta3N5電子結構的影響，篩選出Ti, Zr和Hf三種既能提高Ta3N5的導帶底位置又能不增加電子空穴有效質量的摻雜元素；第三，進一步研究了Ta3N5表面與水的相互作用，揭示了Ta3N5（110）是潛在的分解水高活性面。該項目的研究成果將在一定程度為Ta3N5半導體光催化材料的套用提供有益的理論與實驗指導。