氟掺杂提高单斜钒酸铋光催化活性的密度泛函理论研究

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• 英文论文题名：Why does F-doping Enhance the Photocatalytic Activity of mBiVO_4: a Comprehensive Density Functional Study
• 论文作者：文丽丽 ; 索媛丽 ; 刘红献 ; 丁开宁
• 英文论文作者：Lili Wen ; Yuanli Suo ; Hongxian Liu ; Kaining Ding ; Department of Chemistry ; Fuzhou University
• 年：2016
• 作者机构：福州大学化学学院;
• 论文关键词：密度泛函理论 ; 单斜钒酸铋 ; 氟掺杂 ; 电子结构
• 会议召开时间：2016-07-01
• 会议录名称：中国化学会第30届学术年会摘要集-第十八分会：电子结构理论方法的发展与应用
• 语种：中文
• 分类号：O643.36
• 学会代码：ZGHY
• 会议名称：中国化学会第30届学术年会-第十八分会 ; 电子结构理论方法的发展与应用
• 会议地点：中国辽宁大连
• 主办单位：中国化学会
• 学会名称：中国化学会
• 页数：1
• 文件大小：171k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

本文基于密度泛函理论计算,研究了F掺杂对单斜BiVO_4体相和表面性质的影响。热力学计算结果表明,无论对于体相还是表面,F均易掺杂到O位,而且不会引起明显弛豫。电子结构计算表明,F掺杂在体相和表面均能在导带底引入自旋极化的能态。这个自旋极化的能态不仅能减小其带隙提高可见光利用率,还能有效捕获光生电子促进光生载流子的分离。H_2O在掺杂表面的吸附研究表明,表面F掺杂能显著增强表面与H_2O之间的氢键作用,从而提高其对H_2O的吸附能力。因此,我们认为F掺杂可能是提高单斜BiVO_4的光催化水分解活性的有效手段之一。
By means of density functional theory(DFT) computations, we investigated the variations of the bulk and surface properties of monoclinic BiVO_4 introduced by the F dopant.The results of thermodynamic stability calculations suggest that F atom should be easy to substitute O atom both in the bulk and on the surface.And both the bulk cells and surface cells were not severely distorted.The analysis of electronic structure shows that the F dopant should introduce spin-polarized energy states below the bottom of conduction band, which would contribute to improving the utilization ratio of visible light and the separation of photoinduced carriers.The simulation of H_2O adsorption on F doped surfaces indicates that the doping could obviously enhance the hydrogen bond between the H_2O molecule and F-doped surfaces, which should remarkably improve the adsorptive capacity of monoclinic BiVO_4 surfaces.Thus, we propose that F-doped should be one of promising strategies to enhanced photocatalytic activity of monoclinic BiVO_4.

引文

[1]Liu,S.W.;Yin,K.;Ren,W.S.;Cheng,B.;Yu,J.J.Mater.Chem.,2012,22:17759.