掺杂BiOBr和共掺杂MoSe2光催化活性的第一性原理研究

来源 :河南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaoyijie1983
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,MoSe2,BiOBr广泛应用在光催化领域。然而,本征的Bi OBr和单层Mo Se2在光催化剂方面表现也有所限制。Bi OBr因为较大的带隙导致其在可见光区域表现不佳。单层Mo Se2也面临着光生电子空穴对分离困难,光催化活性位点少(活性位点仅存在不饱和的边缘)的问题。幸运的是,掺杂是调控材料性质的有效手段。且共掺杂在材料性质调控上相对于单掺杂更具有优势。本文通过第一性原理,主要研究非金属B-F共掺杂Mo Se2对其光催化活性的调控和非金属Se单掺杂BiOBr(102)面对其光催化活性的影响。具体内容如下:1.通过第一性原理详细论述B和F单掺杂和共掺杂单层MoSe2的晶格结构。形成能分析表明B和F单原子分别倾向吸附在Mo原子和Se原子的顶部。单独掺杂倾向于取代Se原子。但B吸附F掺杂是F原子倾向于取代Mo原子。电子结构分析表明,B和F单吸附或者单掺杂容易在禁带中间产生平坦的半满能级,导致光生电子跃迁过程中容易被湮灭。但是B和F共掺杂由于存在宽的杂质态更有利于光生电子的跃迁,这是因为共掺杂的电荷补偿机制有效的消除的平坦的杂质态从而有效的降低光生载流子的复合。光吸收谱证实所有的掺杂构型均出线了红移,表明掺杂有效的增加了其对可见光的吸收范围。且B和F共掺杂不仅满足光催化分解水的能力,其带隙边缘的位置显示其在CO2光还原制备有机燃料方面有潜在的应用。此外,B和F共掺杂Mo Se2和其他掺杂构型均增加了活性位点的个数。总之,B和F共掺杂Mo Se2相对于单掺杂更加有效的增强其光催化活性。2.实验证明,Se掺杂BiOBr(102)面有效的减小了带隙和增大了光吸收谱的范围。通过第一性原理计算表明,Se替代掺杂Bi OBr(102)面的O原子不属于P或N型掺杂,因此不会向体系引入平坦的半满态从而增加其光生载流子的复合率。电子结构表明,Se掺杂Bi OBr(102)面有效的降低了其带隙,带隙值从2.22 e V降低到2.09 e V,和实验测量的趋势一致。且在带隙中间产生全满态能级,因此成为光生电子跃迁的台阶,从而促进了光生载流子的分离。吸收光谱发现Se原子掺杂使光吸收范围红移,提升了其在可见光区域的光催化活性。
其他文献
随着人类对水体富营养化和重金属污染等环境问题的关注,寻求高效、低廉的环境功能性材料倍受国内外研究者的关注。零价铁(zero-valent iron,ZVI)因其颗粒小、比表面积大和反应活性高等特性而被广泛应用于环境污染物的修复。然而,由于零价铁易钝化、易团聚的特点,其在实际中的应用往往受到限制。为了解决这一问题,本文采用球磨-煅烧法制备ZVI/Fe3O4/活性炭(activated carbon,
学位
探索性能优异的光伏材料,发展新一代的光电器件,对于信息和能源领域的发展至关重要。具有直接带隙,较高的光吸收效率和载流子迁移率,以及较长的载流子寿命的半导体材料是发展光伏器件的重要候选材料。在这几年,研究者的目光转向了硅、硫族化合物和卤化物钙钛矿。硅硫化物具有直接带隙,优异的光吸收性能,和较强的光学各向异性,有望应用于各向异性的光电设备的设计,也有机会实现大规模生产。钙钛矿材料在空气和水中容易分解,
学位
暗物质的存在已被诸多天文观测证据所支持,其中典型的代表是子弹星系团的观测结果。超对称标准模型的最轻中性微子属于WIMP粒子,是暗物质粒子的良好候选者。随着暗物质探测实验对该粒子的参数空间限制得越来越严格,研究通常超对称模型的拓展变得很有现实意义。本文研究了用极小μ项破缺Z3对称得到的μNMSSM模型,用唯象学方法探讨了其Singlino主导的最轻中性微子χ10作为暗物质粒子的可行性,具体地研究了该
学位
随着BIM技术在建筑工程中的深化应用,基于BIM技术的建筑结构设计工程实践也引来重大的变革,需要高校培养更多的相关行业与专业实践型和创新型高素质人才。本文通过具体的校企产学合作协同实践基地建设实例,分析了BIM建筑结构设计实践基地建设途径与内容,重点分析了实践基地建设与实验室建设、BIM技术相关课程建设与实训实施、创新型本科毕业设计工作以及学科竞赛等建设的校企产学融合方式,进一步,介绍了基地建设的
期刊
针对水文模拟预报中需要寻求实用、稳健、高效的优化算法并据此确定参数的全局最优解的问题,以綦江流域典型控制断面五岔断面为研究对象,分别选取GA、SCE-UA、CMA-ES、PSO等4种优化算法进行分布式新安江模型汇流参数率定,并从有效性、稳定性、耗时和效率4个方面评估算法的参数率定性能。结果表明:CMA-ES算法优化效果最佳,相同迭代次数下耗时最少;SCE-UA算法稳定性和效率最高,但耗时随着迭代次
期刊
随着排放标准的日趋严格,研发有效的染料废污水治理和再利用方法十分必要。纳滤(NF)技术因其高效、易操作、选择性分离、不产生二次污染和出水水质好等优势,在含盐染料废水的处理和回用方面具有很大的发展前景。本研究主要采用涂敷交联法和界面聚合法,制备出渗透-选择性和耐污染性良好的GO-PCS混合基质NF膜和GQDs掺杂的疏松型NF膜。采用一系列表征手段对复合膜皮/断层形貌、粗糙度、接触角、Zeta电位、平
学位
过硫酸盐高级氧化技术是去除水体中难降解有机污染物的有效方法,具有良好的应用前景。目前,过硫酸盐氧化技术存在降解效率低、二次污染等问题,严重制约着该技术在实际废水中的应用。针对这些问题,我们分别采用水热联合浸渍法、热聚合法和冷冻干燥法制备出在过硫酸盐氧化技术中兼具非自由基反应和自由基氧化特点的碳基复合材料:颗粒椰壳活性炭基四氧化三钴(GAC-Co3O4)、还原氧化石墨烯基氮化碳(RC-3)和钴掺杂石
学位
近年来由于卤化铅钙钛矿材料具有超高光致发光量子产率、低阈值光学增益和俄歇复合过程较慢等特性,关于其光物理特性及合成工艺的研究越来越受到人们的青睐。卤化铅钙钛矿作为一类有较大发展潜力的材料不仅在太阳能电池领域中表现出色,在发光二极管领域中也有着巨大的应用价值。目前,利用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱技术研究卤化铅钙钛矿超快动力学过程的工作方兴未艾。在本文中我们以CsPbBr3量子点为研究对象,通过飞秒瞬态
学位
硝酸盐是全世界地下水和其他水资源中的常见污染物,污染呈现日趋严重的趋势,对人体健康以及生态环境都会造成不良影响。氢催化还原法是一种处理水中硝酸盐的最有前景的方法之一,但是氢气在运输和使用中存在安全隐患,而且操作过程比较复杂。考虑到自产氢以及操作简便等优点,本实验采用吡啶基螯合树脂作为载体制备的双金属纳米颗粒复合材料可以在材料还原过程中吸附并储存氢和硼氢化钠,吸附的氢和硼氢化钠可以作为还原剂将硝酸根
学位
随着抗生素的大规模应用,环境中抗生素污染也越来越严重,治理抗生素污染已经刻不容缓。与其它抗生素治理的方法相比,光催化技术具有环境友好、节能、反应条件温和等优点,在治理水环境中抗生素污染方面具有广阔的应用前景。而在所有种类的光催化剂中,可漂浮光催化剂由于其自身更强的光利用能力,易回收和重复利用等优点,在治理环境中水体污染方面呈现出更优的研究趋势。基于上述考虑,聚氨酯泡沫(PUF)作为一种新型的可漂浮
学位