中文摘要：

用水热合成法制备出Bi2WO6卤离子掺杂半导体,测定在不同的卤素离子类型、卤离子掺杂浓度、粉体形貌和尺寸下材料的催化性能。应用第一性原理建立Bi2WO6卤离子掺杂体系周期性晶体模型，计算不同类型的掺杂离子和不同掺杂浓度下半导体材料的的稳定晶体结构和电子结构，针对不同的掺杂浓度，选择不同大小的晶体周期建立模型，从微观结构出发分析其光电特性，建立起不同掺杂方式和不同掺杂元素晶体结构与光电能力间的联系，从中总结出材料光电性能与微观结构间的普遍联系；建立Bi2WO6纳米粉颗粒模型，考察表面效应在纳米级颗粒中对微观结构和电子结构的影响，并设计掺杂卤离子在纳米颗粒中的不同分布位置，考察其最佳分布位及掺杂方式。根据计算结果，对实验现象做出理论分析，并根据建立起来的结构与光电性能之间的联系，总结Bi2WO6卤离子掺杂材料具有较高光催化能力的表面形貌，为进一步提高材料光电性能提供理论依据。

结论摘要：

在项目支持下，用水热合成的方法分别制备出稳定的Bi2WO6卤离子掺杂粉体。X衍射光谱分析未发现掺杂物特征谱，因此我们主要针对替位掺杂模式进行了测试，表面形貌测试表明产物具有良好的纳米表面形貌，极大的比表面使材料的光电性能得以加强。污染物降解实验显示掺杂后的Bi2WO6粉末材料在可见光下光催化性能显著提升。紫外可见光谱表明，卤族元素掺杂后，材料的吸收谱向可见光范围红移，材料禁带宽度降低，使可见光部分的能量利用率增加，从而提高材料在可见光下的催化性能。其中，I掺杂半导体的结果最为特别，尽管因原子体积关系I取代O的难度更高，因其生成物单纯反而最易获取高浓度成分纯净的掺杂产物且拥有最好的光催化性能。对卤离子替位掺杂的Bi2WO6晶体模型的第一原理分析表明，掺杂可以有效降低材料的禁带宽度，且随掺杂浓度提高下降愈加明显。在三种不同的替代位中，与W相连的O2位掺杂是最稳定的结构且具有最小的禁带宽度。卤离子的掺杂改变了Bi2WO6半导体材料的电子结构，引入掺杂能级作为电子跃迁的中间能级，电子跃迁所需能量减少，从而使吸收光谱进入可见光范围。由电子态密度分析可知，这种效果主要来自于卤离子和W之间的电子相互作用。同时，电子结构分析表明，电子能级改造程度与原子序数规律一致，即I>Br>Cl>F，其中I掺杂能级改造最明显，与实验结果一致。