基于晶胞扭曲、电荷补偿以及多元素掺杂协同效应对材料量子产率和太阳光吸收的影响

铌钽酸盐具有导带位置高、带隙宽、电子传导性能好等优点，因此可作为潜在的优异光催化材料。内蒙古大学的王晓晶教授团队针对铌钽基光催化材料的效率、成本和可实施性等关键技术问题进行了一系列研究，探索了可控非计量化学、短程有序结构及缺陷对能带结构和光催化性能的影响，提出铌钽系列非周期化学、表面缺陷调控催化活性的方法；制备了系列M-掺杂铌钽基光催化剂（M = Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, F, Cl, I, Ln等及各种双掺杂体系），通过计算机模拟和先进谱学技术获得晶体微观和能带结构信息及界面电子转移规律，提出铌钽基材料的能带裁剪工程及带隙窄化机理，为优秀太阳光驱动铌钽基材料的设计提供了新思路。

近日，内蒙古大学的王晓晶教授（点击查看介绍）团队以InNbO₄作为模型化合物，探讨了选择性掺杂的位阻和电荷不平衡效应，研究提高量子产率和增强太阳光吸收的方法。元素掺杂被认为是解决光催化剂太阳光吸收和量子效率的一种很有前途的策略。一般说来，掺杂对光催化过程的影响非常复杂，一方面可能存在许多中间隙态，这些中间隙态是否起到复合中心抑或载体界面转移的作用取决于具体的光催化过程。另一方面，掺杂量和掺杂位置可能有很大的差别，这些掺杂模式对载流子的迁移和能带位置都有很大的影响。在这一研究中，我们通过研究InNbO₄中A和B位离子的离子半径和离子电荷，挑选半径或者电荷分别与A和B位离子匹配的掺杂元素，将其拟合进入InNbO₄基体晶胞，通过掺杂能、形成能以及晶胞错位和能带隙变化的比较研究，考察其优先掺杂位置是源于立体结构因素还是电荷补偿机制，进一步讨论了基于晶胞扭曲、电荷补偿以及多元素掺杂的协同效应对材料的量子产率和太阳光吸收的影响，旨在解决掺杂过程如何改善光氧化还原能力、抑制光载体的复合以及拓宽太阳光响应光谱。该研究为将来光催化剂的设计提供了新的思路。

相关成果近期发表在Inorganic Chemistry 上，文章的第一作者是内蒙古大学的硕士研究生宋燕勇，通讯作者是内蒙古大学的王晓晶教授。

该论文作者为：Yanyong Song, Zhebin Sun, Yuhang Wu, Zhanli Chai and Xiaojing Wang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Investigation of the preferential doping site and regulating on the visible light response and redox performance for Fe- and/or La doped InNbO₄

Inorg. Chem., 2018, 57, 8558, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b01287

王晓晶教授简介

王晓晶，内蒙古大学化学与化工学院教授、博士生导师；2003年于日本东北大学工学部取得博士学位；2003-2004年任职日本东北大学外国人研究员，2004至今为内蒙古大学化学化工学院教授、博士生导师，2014至今兼职于内蒙古化学学会理事；主要研究方向包括吸附-光催化氧化方法治理制药废水抗生素残留、光催化还原法治理水环境及大气VOC污染、分子材料计算机模拟等；在J. Am. Chem. Soc.、Chem. Commun.、Journal of Hazardous Materials、Chem. Commun.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Appl. Catal. B、J. Hazard. Mater. 等国际知名期刊发表学术论文100余篇；2010年和2017年分别获得内蒙古自治区自然科学一等奖。

http://www.x-mol.com/university/faculty/11470