可见光响应光催化剂K4Ce2Ta10O 30、K4Ce2Nb10O30及其固溶体电子结构.pdf

理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao) 466 Acta Phys. Chim. Sin., 2007, 23(4) ：466-472 April [Article] 可见光响应光催化剂K Ce Ta O 、K Ce Nb O 及其 4 2 10 30 4 2 10 30 固溶体的电子结构 蒙奎1,2,3 蒋 丽1 上官文峰1, 王世杰2 欧阳自远2 1 ( 上海交通大学机械与动力工程学院燃烧与环境技术研究中心, 上海 200030; 2 中国科学院地球化学研究所, 环境地球化学国家重点实验室, 贵阳 550002; 3 中国科学院研究生院, 北京 100049) 摘要： 基于密度泛函理论(DFT), 采用平面波赝势(PWP) 以及广义梯度近似(GGA)方法, 对可见光响应的光催化 剂K Ce Ta O 、K Ce Nb O 及其固溶体进行电子结构的第一性 理计算. 结果表明, 光催化剂K Ce Ta O 和 4 2 10 30 4 2 10 30 4 2 10 30 K Ce Nb O 的导带分别主要由Ta 5d和Nb 4d组成, 处于高能级的电子未占据态的Ce 4f 与其有很明显的重迭, 但 4 2 10 30 由于其高度局域特性, 不能很好地参与光生电子在导带中的传导, 从而对光催化活性的贡献很小; 而其价带则由 O 2p 与Ta 5d (Nb 4d)的杂化轨道组成, 同时电子占据态的Ce 4f 对价带也有一定的贡献, 各个电子轨道对能带结 构的贡献决定了该系列可见光响应光催化剂的 理化学和光催化特性. 固溶体系列中随着Nb含量的增加, 其吸 收光谱依次红移, 带隙变窄, 导带底变低, 光生电子的还原能力降低. 在固溶体K Ce Ta Nb O (x =2, 5, 8) 中, 由 4 2 10-x x 30 于Ce 4f 轨道对价带顶的贡献相对较小, 固溶体的价带顶低于K Ce Ta O 、K Ce Nb