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碱金属修饰g—C3N4的能带结构调控与载流子迁移过程
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O649[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]湖北工业大学理学院,武汉430068, [2]湖北工业大学太阳能高效湖北省协同创新中心,武汉430068
  • 相关基金:国家自然科学基金(51102150,51472081),湖北工业大学高层次人才启动基金(GCRC13014),湖北省协同创新中心开放基金项目(HBSKFZD2014003,HBSKFZD2014011,HBSKFzD2015004)和湖北省协同创新中心大学生科技创新基金(HBSDY201511)资助
中文摘要:

采用平面波超软赝势方法研究了Li、Na、K三种碱金属离子修饰对g-C3N4能带结构和载流子迁移过程的影响。对建立的六种吸附构型分别采用广义梯度近似和局域密度近似进行计算,发现三种碱金属离子均更趋向于吸附在g-C3N4片层内的大空洞中央位置(F位置)。对于碱金属与g-C3N4形成的n型Schottky结,通过能带结构和功函数的计算,发现界面电荷的平衡使g-C3N4的能带电位分别整体下移1.52 V(Li)、1.07 V(Na)、0.86 V(K)。其中K离子的引入一方面将g-C3N4的价带和导带调整到更合适的氧化还原电位,另一方面增大了g-C3N4的最高占据轨道(HOMO)和最低未占据轨道(LOMO)的分布,有利于提高载流子的迁移率,同时出现的HOMO和LOMO轨道非共面特性有利于电子和空穴的分离。

英文摘要:

The effects of Li, Na, and K alkali metal ions on the band structures and carrier transfer of graphitic carbon nitride (g-C3N4) are investigated using the plane-wave ultrasoft pseudopotential method. The generalized gradient approximation and local density approximation are used to calculate total energies of six adsorption configurations. The three alkali ions all tend to adsorb on the large central cavity (F position) in g-C3N4 layers. The calculated band structures and work function values indicate that the interface charge balance of the n-type Schottky junctions formed between the alkali metal ions and g-C3N4 induces the total band edge potential of g-C3N4 to shift down by 1.52 V (Li), 1.07 V (Na), and 0.86 V (K). The incorporation of K ion adjusts the valence and conduction bands to more appropriate redox potentials than those of pure g-C3N4, and increases the distribution of the HOMO and LOMO of g-C3N4, which helps to improve the mobility of carriers. Meanwhile, the non-coplanar HOMO and LOMO favor the separation of electrons and holes.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781