Pt-N共摻雜閃鋅礦ZnS光催化性質的第一性原理研究

吳方棣, 楊自濤, 胡家朋, 鄭輝東

(1.武夷學院 福建省生態產業綠色技術重點實驗室， 武夷山 354300； 2.福州大學 石油化工學院， 福州 350108)

1 引 言

隨著工業的快速發展，人類活動日益頻繁，當前日益嚴峻的環境污染和能源危機是人類實現綠色和可持續發展的重大瓶頸. 自從1972年Fujishima[1]報道了TiO2光解水制氫后，半導體光催化技術在光催化制氫、空氣凈化、水污染處理、有機合成等領域表現出了廣闊的應用前景[2-5].

ZnS是一種重要的寬禁帶半導體材料，具有良好的光、電及催化性能，與其他半導體光催化劑相比，ZnS在光照下能快速生成空穴-電子對及光生電子的高負還原電位，使其具有更強的還原能力，在光還原產H2及光催化降解污染物等方面有著廣闊的應用前景[6-8]. 但由于其能帶間隙大，可見光利用率低，從而限制其在利用太陽光方面的應用. 研究表明，Pt、N摻雜由于分別具有較好的電子捕獲能力和在低能區域產生新的吸收峰，有效增強材料對可見光的吸收，從而促進光催化反應[9,10]，劉丹楓[9]研究了Nd、N摻雜ZnO的電子結構及光學性質，共摻雜體系在低能區域形成了明顯的介電峰譜，使吸收光譜明顯紅移. Altomare[10]研究了Pt等貴金屬摻雜TiO2對氨氮的光催化降解過程，研究表明Pt等金屬納米顆粒在體系中充當電子陷阱，確保更好地分離光生電子對，從而提高空穴的氧化反應速率. Dima[11]研究了Pt摻雜板鈦礦TiO2表面的電子結構和和光學性質，摻雜后體系在可見光區的吸收峰明顯增強. 包秀麗[12]研究了……