第一性原理设计制备纳米金属修饰Ag3PO4材料

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Ag3PO4作为一种新兴的光催化材料可以利用太阳光处理环境污染物。第一性原理计算通过基本物理规律运算求解Ag3PO4材料的薛定谔方程得到该材料的性质。对开展设计真正意义上高光催化活性的Ag3PO4材料具有重大意义。采用Material studio软件对立方结构Ag3PO4的电荷密度、差分电荷密度、能带结构、态密度、吸收光谱进行了计算。对纳米Ag修饰的Ag3PO4复合材料的吸附能、密立根电荷、键布居数、电荷密度、差分电荷密度、态密度等性质进行了计算。制备了立方结构的Ag3PO4、Ag/Ag3PO4复合材料,采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜分析(SEM)、光致发光光谱(PL)、紫外可见漫反射吸收光谱(UV-vis DRS)、有机污染物降解等手段对其性质进行了表征并与理论计算结果进行了对比。计算Ag3PO4晶体模型的最佳函数为PBE0,晶格常数为6.004?。在Ag3PO4晶体体系中,O-Ag间的作用力弱于O-P间的作用力导致Ag3PO4材料的光腐蚀现象。Ag3PO4晶体的禁带宽度为2.47 eV。光吸收边界大约为520 nm。成功制备了体心立方结构的Ag3PO4样品。UV-vis漫反射光谱测量得到的Ag3PO4样品的光吸收边界值在520 nm左右,禁带宽度为2.41 eV。Ag原子在Ag3PO4晶体上的最佳吸附位为Ag3PO4晶体的(100)晶面上的O原子顶位。单Ag原子、双Ag原子吸附模型的光催化性能优于纯Ag3PO4晶体,三Ag原子、四Ag原子吸附模型与纯Ag3PO4晶体相比光催化性能减弱。且随着Ag原子数目的增多,模型中Ag原子的密立根电荷较少,键布居数降低,O-Ag键长变大。O原子与Ag原子之间的相互作用减弱。成功制备出了晶体结构与理论计算晶体结构一致的纳米Ag修饰的Ag3PO4样品。改变纳米金属Ag的吸附量来表征不同数目Ag原子修饰Ag3PO4晶体的模型。经光致发光光谱、紫外可见漫反射吸收光谱、有机污染物降解等测试手段得出的结果均与理论计算结果一致。图37幅;表15个;参51篇。
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