碳掺杂α-S_8的光学性质和弹性性质的第一性原理计算

采用第一性原理研究了C原子在光催化剂α-S8中掺杂后体系电子结构、能带结构、光学性质、弹性性质以及其各向异性的变化规律.结果表明C原子在α-S8中掺杂后新形成的C―S键键长变短、键的重叠布居数增加、电荷密度增加,表明新键的共价性变强.掺杂结构的带隙为2.64 eV,比纯α-S8的带隙小0.15 eV,表明掺杂后的结构导电性增强.掺杂结构的光吸收波长延长至650 nm左右,极大地提高了α-S8的光吸收效率.弹性性质计算表明C掺杂后α-S8的机械性能下降,但仍为脆性材料.各向异性的研究表明掺杂后的材料各向异性增强.     

g-C3N4碳位掺杂电学及光学性质的分析

使用第一性原理研究了C位掺杂的g-C₃N₄的电学性质和光学性质,掺杂原子为B、P、S. g-C₃N₄有C1位和C2 位两种对称位碳原子,其中在C1 位上的掺杂易于C2 位,掺杂体系也较C2 位稳定. 相比于磷和硫在g-C₃N₄上的掺杂,硼掺杂最易于进行. 掺杂后体系的晶体结构之间差别较大,这与掺杂原子的大小以及电负性有关. 由轨道布居分布可知,掺杂后的硼、磷、硫原子价电子发生了变化,表明掺杂原子发生了杂化,与相邻原子以强的共价键相连. 掺杂原子与被取代的碳原子之间的价电子差异导致了能带的增加. 在原来的体系中,掺杂后的体系出现了一条新的能带,因此导致实际带隙下降,表明了掺杂后的体系导电性能增强. 对纯g-C₃N₄及掺杂g-C₃N₄的光学性质分析表明,g-C₃N₄的光学吸收主要在紫外光区,掺杂磷和硫后对g-C₃N₄的光吸收波长范围无改变,掺杂硼后的g-C₃N₄光吸收不再局限于紫外光区,而且延伸至可见光区和红外光区,并在红外光区有很强的吸收,表明g-C₃N₄掺杂硼后能大大地提高光催化效率. 电子能量损失光谱和光导率谱以及介电常数都佐证了上述观点.     

g-C_3N_4碳位掺杂电学及光学性质的分析

使用第一性原理研究了C位掺杂的g-C3N4的电学性质和光学性质,掺杂原子为B、P、S.g-C3N4有C1位和C2位两种对称位碳原子,其中在C1位上的掺杂易于C2位,掺杂体系也较C2位稳定.相比于磷和硫在gC3N4上的掺杂,硼掺杂最易于进行.掺杂后体系的晶体结构之间差别较大,这与掺杂原子的大小以及电负性有关.由轨道布居分布可知,掺杂后的硼、磷、硫原子价电子发生了变化,表明掺杂原子发生了杂化,与相邻原子以强的共价键相连.掺杂原子与被取代的碳原子之间的价电子差异导致了能带的增加.在原来的体系中,掺杂后的体系出现了一条新的能带,因此导致实际带隙下降,表明了掺杂后的体系导电性能增强.对纯g-C3N4及掺杂g-C3N4的光学性质分析表明,g-C3N4的光学吸收主要在紫外光区,掺杂磷和硫后对g-C3N4的光吸收波长范围无改变,掺杂硼后的g-C3N4光吸收不再局限于紫外光区,而且延伸至可见光区和红外光区,并在红外光区有很强的吸收,表明g-C3N4掺杂硼后能大大地提高光催化效率.电子能量损失光谱和光导率谱以及介电常数都佐证了上述观点.