本文的主要工作在于設(shè)計(jì)和合成一種基于磷酸鉍的穩(wěn)定的、具有高催化活性的復(fù)合光催化材料。磷酸鉍本身是一種具有高光催化活性的催化劑,其獨(dú)特的含氧酸鹽結(jié)構(gòu)所引起的內(nèi)建電場(chǎng)促進(jìn)了載流子的分離效率,然而磷酸鉍又是一種寬帶隙光催化劑,存在可見(jiàn)光吸收不足的缺陷,僅在紫外光作用下顯示出極強(qiáng)的光催化活性,這將極大地限制它的應(yīng)用。類(lèi)石墨烯氮化碳則是一種窄帶隙、導(dǎo)電性優(yōu)良、穩(wěn)定性好的具有二維層狀結(jié)構(gòu)的材料,具有一定的可見(jiàn)光催化能力。本文綜合考慮和計(jì)算了這兩種材料的光學(xué)性質(zhì)和電子結(jié)構(gòu),采用第一性原理的方法提出設(shè)計(jì)基于磷酸鉍的新型復(fù)合可見(jiàn)光催化劑的思路,并研究了其性質(zhì)。主要研究結(jié)果和創(chuàng)新性工作總結(jié)如下。通過(guò)第一性原理計(jì)算,研究了三種晶相磷酸鉍(mMBIP,nMBIP和HBIP)的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,在三種晶相的磷酸鉍中,nMBIP的PO4四面體的幾何結(jié)構(gòu)最扭曲,而mMBIP的載流子有效質(zhì)量最小。為了能更進(jìn)一步討論和確定有效質(zhì)量和幾何結(jié)構(gòu)扭曲在光催化作用中的主次地位,對(duì)三種晶相磷酸鉍的載流子有效質(zhì)量和偶極距都進(jìn)行了計(jì)算。最終,我們認(rèn)為磷酸鉍的幾何結(jié)構(gòu)扭曲程度有著更為決定性的作用。扭曲的PO₄

【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 光催化原理
    1.3 光催化應(yīng)用的發(fā)展
    1.4 光催化材料的改性方法
        1.4.1 金屬和非金屬離子摻雜
        1.4.2 染料敏化
        1.4.3 貴金屬沉積
        1.4.4 復(fù)合光催化材料
    1.5 磷酸鹽光催化劑
        1.5.1 非金屬含氧酸鹽的特點(diǎn)
        1.5.2 非金屬含氧酸鹽在光催化方面的應(yīng)用
        1.5.3 BiPO₄材料的物理化學(xué)性質(zhì)
    1.6 類(lèi)石墨C₃N₄光催化劑及改性研究
        1.6.1 類(lèi)石墨C₃N₄幾何結(jié)構(gòu)
        1.6.2 類(lèi)石墨C₃N₄的光催化性能
    1.7 本文研究目的、研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)
第2章 理論基礎(chǔ)與計(jì)算方法
    2.1 引言
    2.2 基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 交換關(guān)聯(lián)泛函
    2.3 超軟贗勢(shì)平面波方法
    2.4 第一性原理的計(jì)算流程
    2.5 基于密度泛函理論計(jì)算軟件包CASTEP
第3章 BiPO₄光催化活性的起源
    3.1 引言
    3.2 計(jì)算方法
    3.3 幾何結(jié)構(gòu)
        3.3.1 結(jié)構(gòu)模型
        3.3.2 偶極距
    3.4 電子結(jié)構(gòu)
        3.4.1 能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度
        3.4.2 有效質(zhì)量
        3.4.3 能級(jí)電位
    3.5 本章小結(jié)
第4章 堿金屬修飾g-C₃N₄的能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控與載流子遷移過(guò)程研究
    4.1 引言
    4.2 物理模型和計(jì)算方法
    4.3 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
    4.4 SCHOTTKY結(jié)能級(jí)調(diào)制
        4.4.1 帶隙調(diào)控
        4.4.2 功函數(shù)和帶邊電位
    4.5 載流子遷移過(guò)程
    4.6 本章小結(jié)
第5章 BiPO₄/g-C₃N₄異質(zhì)結(jié)光催化材料的第一性原理計(jì)算
    5.1 引言
    5.2 計(jì)算方法和結(jié)構(gòu)模型
    5.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
    5.4 電子結(jié)構(gòu)
        5.4.1 能帶結(jié)構(gòu)
        5.4.2 態(tài)密度和LUMO/HOMO軌道
        5.4.3 電荷轉(zhuǎn)移與能級(jí)調(diào)制
        5.4.4 光學(xué)性質(zhì)
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄1：攻讀碩士學(xué)位期間取得成果



本文編號(hào)：3869730