《Bi2WO6鹵離子摻雜半導體的光催化性能研究》是依託陝西師範大學，由魏秀梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Bi2WO6鹵離子摻雜半導體的光催化性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：魏秀梅
- 依託單位：陝西師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
用水熱合成法製備出Bi2WO6鹵離子摻雜半導體,測定在不同的鹵素離子類型、鹵離子摻雜濃度、粉體形貌和尺寸下材料的催化性能。套用第一性原理建立Bi2WO6鹵離子摻雜體系周期性晶體模型，計算不同類型的摻雜離子和不同摻雜濃度下半導體材料的的穩定晶體結構和電子結構，針對不同的摻雜濃度，選擇不同大小的晶體周期建立模型，從微觀結構出發分析其光電特性，建立起不同摻雜方式和不同摻雜元素晶體結構與光電能力間的聯繫，從中總結出材料光電性能與微觀結構間的普遍聯繫；建立Bi2WO6納米粉顆粒模型，考察表面效應在納米級顆粒中對微觀結構和電子結構的影響，並設計摻雜鹵離子在納米顆粒中的不同分布位置，考察其最佳分布位及摻雜方式。根據計算結果，對實驗現象做出理論分析，並根據建立起來的結構與光電性能之間的聯繫，總結Bi2WO6鹵離子摻雜材料具有較高光催化能力的表面形貌，為進一步提高材料光電性能提供理論依據。
結題摘要
在項目支持下，用水熱合成的方法分別製備出穩定的Bi2WO6鹵離子摻雜粉體。X衍射光譜分析未發現摻雜物特徵譜，因此我們主要針對替位摻雜模式進行了測試，表面形貌測試表明產物具有良好的納米表面形貌，極大的比表面使材料的光電性能得以加強。污染物降解實驗顯示摻雜後的Bi2WO6粉末材料在可見光下光催化性能顯著提升。紫外可見光譜表明，鹵族元素摻雜後，材料的吸收譜向可見光範圍紅移，材料禁頻寬度降低，使可見光部分的能量利用率增加，從而提高材料在可見光下的催化性能。其中，I摻雜半導體的結果最為特別，儘管因原子體積關係I取代O的難度更高，因其生成物單純反而最易獲取高濃度成分純淨的摻雜產物且擁有最好的光催化性能。對鹵離子替位摻雜的Bi2WO6晶體模型的第一原理分析表明，摻雜可以有效降低材料的禁頻寬度，且隨摻雜濃度提高下降愈加明顯。在三種不同的替代位中，與W相連的O2位摻雜是最穩定的結構且具有最小的禁頻寬度。鹵離子的摻雜改變了Bi2WO6半導體材料的電子結構，引入摻雜能級作為電子躍遷的中間能級，電子躍遷所需能量減少，從而使吸收光譜進入可見光範圍。由電子態密度分析可知，這種效果主要來自於鹵離子和W之間的電子相互作用。同時，電子結構分析表明，電子能級改造程度與原子序數規律一致，即I＞Br＞Cl＞F，其中I摻雜能級改造最明顯，與實驗結果一致。
