层状Bi₂O₂CO₃可见光催化活性增强机理研究

来源期刊：稀有金属材料与工程2019年第7期

论文作者：王芳 卫诗倩 蒋帅虎 赵丰贵 周莹

文章页码：2225 - 2231

关键词：Bi₂O₂CO₃;氧缺陷;密度泛函理论;

摘    要：基于第一性原理方法,研究Bi₂O₂²⁺和CO₃^2-交替层中氧缺陷生成对晶体结构、能带结构以及光学性质的影响,揭示氧缺陷提高Bi₂O₂CO₃可见光催化活性作用机制。计算结果发现,氧缺陷的存在对Bi₂O₂CO₃的晶胞参数和Bi-O键影响较小,但作为电子施主中心可以向周围原子提供电子,造成Bi₂O₂CO₃电荷分布发生变化,有效减小能带间隙,促进Bi₂O₂CO₃对可见光的吸收,且这种现象随着氧缺陷浓度的升高更加明显。值得注意的是,Bi₂O₂²⁺层和CO₃^2-层氧缺陷的作用不同。CO₃^2-层中氧缺陷的形成导致费米能级附近出现缺陷能级,改变了电子的跃迁方式。相较于CO₃^2-层,氧缺陷更容易存在于Bi₂O₂²⁺层中,能够更加有效地减小Bi₂O₂CO₃的能带间隙,进一步促进Bi₂O₂CO₃对可见光的吸收。随着Bi₂O₂²⁺和CO₃^2-层氧缺陷浓度的增加,Bi₂O₂²⁺层氧缺陷的作用愈明显,当浓度达到6.25%时,Bi₂O₂CO₃在可见光区的响应显著增强,有利于提高Bi₂O₂CO₃可见光催化活性。本研究计算结果解释了实验上氧缺陷增强Bi₂O₂CO₃光催化活性现象,并为今后合成其它含氧缺陷Bi基金属氧化物提供理论指导。