王逸飛 李曉薇

1 引 言

進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重.據(jù)報(bào)道,我國平均每年排放染料廢水約300—400萬噸.由于染料廢水具有成分復(fù)雜、毒性強(qiáng)、色度深、有機(jī)物和無機(jī)鹽的濃度高、可生化性差等缺點(diǎn),采用傳統(tǒng)的物理、生化或化學(xué)氧化法處理此類廢水普遍存在處理周期長、降解速率低等問題[1,2].利用具有成本低、環(huán)境友好等特點(diǎn)的光催化材料是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的有效途徑之一.作為新材料的代表之一,光催化劑誕生于20世紀(jì)70年代,目前已應(yīng)用于環(huán)境凈化、自清潔材料、光解水制氫、太陽能電池、癌癥醫(yī)療等多個(gè)前沿領(lǐng)域.光催化技術(shù)在常溫、常壓下就可以進(jìn)行,能夠徹底破壞有機(jī)或無機(jī)污染物,并使之完全、快速氧化為CO2,H2O等無害物質(zhì),避免了二次污染,從而達(dá)到凈化環(huán)境的目的,光催化技術(shù)在解決能源短缺和環(huán)境污染等問題方面具有廣泛的應(yīng)用前景[3?5].開發(fā)能夠被可見光激發(fā)的光催化材料正日益引起人們的重視.

近年來,一類新型的光催化材料Bi基光催化材料備受關(guān)注,其固有的層狀結(jié)構(gòu)和電子特征賦予了它良好的光催化活性.這些層狀結(jié)構(gòu)能夠自建內(nèi)部靜電場,有利于光電子和空穴的分離與遷移,且Bi基材料具有適當(dāng)大小的禁帶寬度,使得此類光催化劑能夠很好地吸收可見光[6?8].魏平玉等[9]研究表明,鹵氧化鉍BiO X(X=Cl,Br,I)具有較高的光催化活性和穩(wěn)定性,其光催化活性高于TiO2.在BiO X中,BiOI在可見光范圍內(nèi)顯示出最好的吸收特性,并且在可見光照射下對(duì)有機(jī)污染物降解有著最佳的光催化活性.Wang等[10]采用第一性原理計(jì)算研究表明,BiOI具有有利的帶隙、輕電子有效質(zhì)量和優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì).由于弱的層間相互作用,BiOI的電子性質(zhì)是穩(wěn)定的,并且?guī)缀醪灰蕾囉贐iOI納米片層的厚度.Zhao和Dai[11]研究表明,由于量子限制效應(yīng),BiOI電子結(jié)構(gòu)會(huì)隨層厚減小而變化,可以明顯提高光生載流子的遷移率.此外,量子限制效應(yīng)還導(dǎo)致內(nèi)建電場明顯增強(qiáng),可進(jìn)一步提高BiOI超薄膜的光催化效率.

石墨烯是由單層碳原子六方最緊密堆積而成的理想二維晶體,禁帶寬度為零,具有很高的比表面積,對(duì)有機(jī)物有良好的吸附效果[12].大量研究表明,石墨烯獨(dú)特的電子傳輸特性能夠有效地降低空穴和電子復(fù)合概率,提高復(fù)合催化材料的光催化活性和光穩(wěn)定性.例如:Du等[13]研究表明,石墨烯與g-C3N4復(fù)合后,因石墨烯和g-C3N4之間的相互作用,不僅降低了g-C3N4的帶隙,而且使得納米復(fù)合材料具有更穩(wěn)定的電子-空穴對(duì),從而提高g-C3N4的光催化活性.除了g-C3N4外,Gao等[14]研究表明,石墨烯和TiO2納米薄膜復(fù)合后,因二者之間的電荷轉(zhuǎn)移,使得光吸收發(fā)生明顯的紅移,并增強(qiáng)其在可見光區(qū)域的吸收強(qiáng)度,同樣也可以提高TiO2納米薄膜的光催化活性.

本文基于石墨烯可以有效提高g-C3N4和TiO2納米薄膜的光催化活性,通過構(gòu)建BiOI納米薄膜并將其與石墨烯復(fù)合起來,進(jìn)而得到具有較高的比表面積和良好的光催化活性的納米復(fù)合物光催化材料,并采用第一性原理計(jì)算方法研究了它們的電子結(jié)構(gòu)和光吸收特性.

2 計(jì)算方法與結(jié)構(gòu)模型

2.1 計(jì)算方法

采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理平面波贗勢方法,利用Vienna ab initio simulation package(VASP)軟件包進(jìn)行計(jì)算[15,16].電子間相互作用的交換關(guān)聯(lián)能采用廣義梯度近似(GGA)中的Predew-Burke-Ernzerhof(PBE)泛函進(jìn)行處理[17].平面波截?cái)嗄茉O(shè)置為500 eV,Brillouin區(qū)的K點(diǎn)采用Monkorst-Park方法[18].結(jié)構(gòu)優(yōu)化和態(tài)密度的計(jì)算分別采用4×4×1和8×8×1的K點(diǎn).結(jié)構(gòu)優(yōu)化采用共軛梯度優(yōu)化法.各個(gè)離子之間相互作用的收斂標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為0.02 eV/?,能量收斂標(biāo)準(zhǔn)為1×10?5eV.此外,為了準(zhǔn)確地描述層間弱的相互作用,計(jì)算中加入了Grimme形式的DFT-D2方法對(duì)層間的范德瓦耳斯力進(jìn)行矯正[19].

2.2 結(jié)構(gòu)模型

BiOI為PbFCl型層狀結(jié)構(gòu),屬于四方晶系.BiOI特殊的層狀結(jié)構(gòu)和層間弱的范德瓦耳斯力使其比較容易分離成二維薄膜結(jié)構(gòu).Zhang等[20]研究表明,以I為終結(jié)原子的{001}面具有較小的解離能.因此,本文以BiOI的{001}面且終結(jié)原子為I原子的二維薄膜為研究對(duì)象,厚度取1到2層.圖1(a)—(c)所示的結(jié)構(gòu)為二維BiOI薄膜的俯視圖和側(cè)視圖.為了和石墨烯晶格相匹配,二維BiOI薄膜(晶格常數(shù)為a=b=4.02?,c=20.39?)的晶胞取3×3×1.雖然BiOI和石墨烯晶格匹配時(shí),位置關(guān)系存在多種可能,但彼此能量差異較小,小于0.1 eV,光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)一致.本文后面的計(jì)算采用圖1(d)和圖1(e)的結(jié)構(gòu),用BiOI-G進(jìn)行標(biāo)記.單層BiOI和石墨烯復(fù)合后,每個(gè)晶胞含114個(gè)原子,其中C原子60個(gè),O,I和Bi各18個(gè).此外,本文還考慮了BiOI可能存在的3種空位缺陷,包括O,I和Bi缺陷,并詳細(xì)研究了缺陷對(duì)二維BiOI和BiOI-G電子結(jié)構(gòu)和光吸收性質(zhì)的影響.3種缺陷結(jié)構(gòu)模型對(duì)應(yīng)圖1中的紅、綠、藍(lán)圈的位置.為了比較不同缺陷結(jié)構(gòu)形成的難易程度,本文按(1)式計(jì)算了各空位缺陷的形成能:

式中Ef為空位缺陷形成能;Ev,Ea分別為缺陷BiOI結(jié)構(gòu)以及缺陷原子(或離子)的能量;EBiOI為無缺陷BiOI結(jié)構(gòu)的能量,計(jì)算結(jié)果如表1所列.

對(duì)于帶電缺陷情況,本文考慮了O2?,I?,Bi3+帶電離子.從表1可知,I缺陷的形成能最小,而Bi缺陷的形成能最大,尤其是帶電的Bi缺陷對(duì)應(yīng)的形成能最大,最不容易形成.對(duì)比各不帶電和帶電缺陷的形成能可知,除了帶電O缺陷比其不帶電缺陷具有較小的形成能外,不帶電的I和Bi缺陷都具有較小的缺陷形成能.為了保持缺陷結(jié)構(gòu)的電中性,在后面的計(jì)算中只考慮了不帶電缺陷的BiOI.

表1 空位缺陷的形成能Table 1.Formation energy of vacancy defects.

圖1 BiOI和BiOI-G的幾何結(jié)構(gòu) (a)BiOI俯視圖;(b),(c)單層和雙層BiOI側(cè)視圖;(d),(e)單層BiOI-G俯視圖和側(cè)視圖(紅、綠、藍(lán)圈位置分別表示O,I和Bi空位缺陷)Fig.1.Geometric structures of BiOI and BiOI-G:(a)Top view of BiOI;(b)and(c)side view of single and double layer BiOI;(d)top view and(e)side view of single layer BiOI-G(red,green and blue circle positions represent O,I,and Bi vacancy defects,respectively).

BiOI與石墨烯復(fù)合后,考慮到結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性,O缺陷對(duì)應(yīng)一種結(jié)構(gòu),Bi和I缺陷都存在兩種結(jié)構(gòu),一種是缺陷位于BiOI層靠近石墨烯的一側(cè),另一種則是位于與石墨烯相反的一側(cè).對(duì)兩種模型的計(jì)算結(jié)果表明,兩種缺陷位置均是位于外側(cè)時(shí)具有更低的能量,即結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定.因此后面的計(jì)算選取的都是能量最低的結(jié)構(gòu).

3 結(jié)果與討論

3.1 電子能帶

帶隙是半導(dǎo)體的重要特征參數(shù),與晶體結(jié)構(gòu)和原子的鍵合性質(zhì)有關(guān).圖2(a)所示為單層BiOI的電子能帶圖,帶隙Eg為1.48 eV,較采用雜化泛函(HSE)方法計(jì)算的2.45 eV有所降低.當(dāng)石墨烯與BiOI復(fù)合后,BiOI的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,價(jià)帶和導(dǎo)帶均向能量較低處移動(dòng).與BiOI的電子能帶圖對(duì)比可知,復(fù)合結(jié)構(gòu)在費(fèi)米面附近出現(xiàn)了相對(duì)離域的電子能帶分布,說明其具有金屬性.而石墨烯的電子能帶對(duì)應(yīng)的狄拉克點(diǎn)則遠(yuǎn)離了費(fèi)米面,向?qū)Х较蛞苿?dòng).由此可以說明,因?yàn)槭┖虰iOI之間的范德瓦耳斯相互作用,導(dǎo)致電子在BiOI和石墨烯層間發(fā)生轉(zhuǎn)移.石墨烯失去電子,導(dǎo)致石墨烯空位摻雜,原來的價(jià)帶將部分成為導(dǎo)帶.而BiOI獲得電子,情況與石墨烯相反.因此,石墨烯和BiOI之間形成了電子-空穴對(duì),電子位于BiOI,而空穴位于石墨烯中.

當(dāng)BiOI有空位缺陷時(shí),能帶結(jié)構(gòu)和缺陷位置有關(guān).如圖2(b)—(d)所示,O缺陷對(duì)應(yīng)的是間接帶隙的半導(dǎo)體,帶隙大小約為1.02 eV,小于無缺陷結(jié)構(gòu)的帶隙,而I缺陷對(duì)應(yīng)的價(jià)帶和導(dǎo)帶相對(duì)于無缺陷結(jié)構(gòu)均向下移動(dòng),相反Bi缺陷對(duì)應(yīng)的能帶向上移動(dòng).從圖中可以看出I和Bi缺陷對(duì)應(yīng)的能帶都有部分穿過費(fèi)米面,從而表現(xiàn)出金屬性.因此,缺陷對(duì)BiOI的電子結(jié)構(gòu)有著重要的影響.

含有缺陷的BiOI和石墨烯復(fù)合后,其電子能帶的變化仍和缺陷位置有關(guān).從圖2(f)—(h)可以看出,Bi缺陷對(duì)應(yīng)的石墨烯狄拉克點(diǎn)上移最多,O缺陷次之,而I缺陷對(duì)應(yīng)的電子能帶移動(dòng)最少.此外,含缺陷的BiOI與石墨烯復(fù)合后,BiOI對(duì)應(yīng)的能帶移動(dòng)也存在著區(qū)別.含有O缺陷時(shí),復(fù)合物中BiOI對(duì)應(yīng)的能帶下移.含有I缺陷時(shí),BiOI對(duì)應(yīng)的電子能帶則有少許的上移.而Bi缺陷對(duì)應(yīng)的BiOI的能帶則幾乎沒有發(fā)生移動(dòng).

圖2 電子能帶結(jié)構(gòu) (a)單層BiOI和(e)BiOI-G;(b)O缺陷,(c)I缺陷,(d)Bi缺陷的單層BiOI;(f)O缺陷,(g)I缺陷,(h)Bi缺陷的單層BiOI-G(紅色部分采用HSE計(jì)算)Fig.2.Electronic band structures of(a)single-layer BiOI and(e)BiOI-G,(b)–(d)BiOI and(f)–(h)BiOI-G with O,I,Bi vacancy,respectively(The red lines represent HSE results).

3.2 分波態(tài)密度

為了進(jìn)一步分析BiOI與石墨烯復(fù)合前后電子結(jié)構(gòu)的變化以及缺陷對(duì)其電子密度分布的影響,本文進(jìn)一步計(jì)算了各結(jié)構(gòu)的分波態(tài)密度(PDOS),計(jì)算結(jié)果如圖3所示.計(jì)算表明,對(duì)于無缺陷結(jié)構(gòu),費(fèi)米面附近的態(tài)密度主要由p軌道的電子占據(jù),而s和d軌道的電子占據(jù)較小.與石墨烯復(fù)合后,對(duì)比圖3(a)和圖3(e)可知,BiOI的態(tài)密度向能量低的方向移動(dòng),而石墨烯中C原子的態(tài)密度則向能量較高處移動(dòng).即由于石墨烯的存在,BiOI對(duì)應(yīng)的價(jià)帶頂遠(yuǎn)離了費(fèi)米面,而導(dǎo)帶底則靠近了費(fèi)米面.這主要是由于石墨烯和BiOI之間的范德瓦耳斯力使得二者的電荷發(fā)生了重構(gòu).

當(dāng)BiOI存在空位缺陷時(shí),態(tài)密度的變化和缺陷位置有關(guān).和石墨烯復(fù)合前,如圖3(b)所示,O缺陷結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的O,I和Bi的態(tài)密度都向能量較低處移動(dòng),且在價(jià)帶頂出現(xiàn)的缺陷能級(jí)主要由Bi貢獻(xiàn),從而導(dǎo)致較低的帶隙.當(dāng)存在I缺陷時(shí),BiOI對(duì)應(yīng)費(fèi)米面附近的價(jià)帶和導(dǎo)帶的PDOS向左有較大的移動(dòng),表現(xiàn)出金屬性,通過分析分波態(tài)密度可知,其金屬性主要來自于Bi 6p態(tài)的電子貢獻(xiàn).與O和I缺陷相反,當(dāng)存在Bi缺陷時(shí),如圖3(d)所示,PDOS向右偏移,這與圖2所示的能帶結(jié)構(gòu)的變化一致,并且在費(fèi)米能級(jí)附近的態(tài)密度也有所增加,其表現(xiàn)出金屬性.

當(dāng)含有缺陷的BiOI和石墨烯復(fù)合后,對(duì)應(yīng)的態(tài)密度變化和無缺陷結(jié)構(gòu)并不完全一樣,其態(tài)密度變化和缺陷有關(guān).因此,不同的缺陷會(huì)導(dǎo)致BiOI和石墨烯層間不同的電荷轉(zhuǎn)移.對(duì)比圖3(f)—(h)可知,O缺陷的BiOI和石墨烯復(fù)合后PDOS向左移動(dòng),這一結(jié)構(gòu)和無缺陷結(jié)構(gòu)相似.不同的是I和Bi缺陷BiOI和石墨烯復(fù)合前后的態(tài)密度變化并不明顯.由于Bi缺陷對(duì)應(yīng)的石墨烯的態(tài)密度向右移動(dòng)較多,因此Bi缺陷對(duì)應(yīng)的電荷重構(gòu)會(huì)多于I缺陷.為了更深入地分析Bi缺陷對(duì)應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制,圖3(d)和圖3(h)用虛線給出了I的s,p,d軌道的態(tài)密度分布.對(duì)比圖3(d)和圖3(h)可以看出,復(fù)合前在費(fèi)米面附近的態(tài)密度由I的d軌道占據(jù),而復(fù)合后,費(fèi)米面附近的態(tài)密度則由I的s軌道占據(jù),且I的d軌道態(tài)密度向左移動(dòng),而復(fù)合前后I的p軌道的位置變化較小.因此,Bi缺陷的BiOI和石墨烯復(fù)合后仍然存在電荷轉(zhuǎn)移.

圖3 (a)BiOI和(e)BiOI-G的分波態(tài)密度(PDOS)圖;(b)O缺陷,(c)I缺陷,(d)Bi缺陷BiOI;(f)O缺陷，(g)I缺陷，(h)Bi缺陷BiOI-G的分波態(tài)密度Fig.3.Partial density of electronic states(PDOS)of(a)BiOI and(e)BiOI-G,(b)–(d)BiOI and(f)–(h)BiOI-G with O,I,Bi vacancy,respectively.

3.3 差分電荷密度

為了更直觀地觀察電荷轉(zhuǎn)移情況,本文計(jì)算了復(fù)合結(jié)構(gòu)的差分電荷分布.差分電荷密度的計(jì)算公式為

?ρ為差分電荷密度,ρBiOI-G為復(fù)合物BiOI-G的電荷密度,ρG和ρBiOI分別為石墨烯和BiOI的電荷密度.計(jì)算結(jié)果表明,電荷由石墨烯向BiOI遷移,且Bi缺陷復(fù)合結(jié)構(gòu)的電荷遷移最多,無缺陷復(fù)合結(jié)構(gòu)次之,I缺陷復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的遷移最少.在電荷等值面取0.002 e/?3時(shí),只能看到無缺陷、O或Bi缺陷BiOI-G的電荷轉(zhuǎn)移(如圖4所示),而I缺陷的電荷轉(zhuǎn)移只有取更小的等值面時(shí)才可看到,也就是說I缺陷對(duì)應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移很少.因此,石墨烯和BiOI復(fù)合之后,在界面處可以自發(fā)產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移,形成電子-空穴對(duì).

圖4 石墨烯和BiOI界面處的差分電荷密度 (a)—(c)無缺陷,O缺陷,Bi缺陷的BiOI-G的俯視圖;(d)—(f)無缺陷,O缺陷,Bi缺陷的BiOI-G的側(cè)視圖(紅色和綠色區(qū)域分別表示電子的累積與缺失.電荷等值面為0.002 e/?3)Fig.4.Charge density diff erence between graphene and BiOI:(a)–(c)Top view of perfect,O,Bi vacancy-defected BiOIG,respectively;(d)–(f)side view of perfect,O,Bi vacancy-defected BiOI-G,respectively(red and green areas represent electrons accumulation and depletion,respectively.The isovalue is 0.002 e/?3).

3.4 功函數(shù)

功函數(shù)能夠反映出界面電荷遷移的難易程度,可用來進(jìn)一步分析BiOI和石墨烯層間電荷轉(zhuǎn)移的機(jī)制.功函數(shù)(?)計(jì)算公式為[21]

其中Evac和EF分別表示真空中靠近表面的電子能量和費(fèi)米能.圖5(a)—(d)給出了BiOI以及含有O,I,Bi三種缺陷的BiOI的功函數(shù),分別是6.24,5.41,4.45和6.50 eV.圖5(e)—(h)分別為BiOI和O,I,Bi缺陷的BiOI分別與石墨烯復(fù)合后的功函數(shù),大小分別為4.91,4.79,4.39和5.93 eV.通過對(duì)比,可以看出O和I缺陷會(huì)降低BiOI的功函數(shù),相反Bi缺陷卻使其功函數(shù)增大.但與石墨烯復(fù)合后,對(duì)應(yīng)的功函數(shù)均降低,分別降低了1.33,0.62,0.06,0.57 eV.但Bi缺陷結(jié)構(gòu)仍然具有較大的功函數(shù).通過對(duì)石墨烯的計(jì)算可得石墨烯的功函數(shù)為4.69 eV,小于BiOI和O,Bi缺陷BiOI的功函數(shù),但和I缺陷BiOI的功函數(shù)比較接近.因此,BiOI和O,Bi缺陷BiOI相對(duì)于石墨烯具有較高的功函數(shù),導(dǎo)致電子更容易從石墨烯遷移到BiOI和含有O,Bi缺陷的BiOI中,而對(duì)于I缺陷的BiOI,二者的功函數(shù)比較接近,對(duì)應(yīng)界面處的電荷轉(zhuǎn)移也比較少.

圖5 BiOI和BiOI-G的功函數(shù) (a)BiOI;(b)—(d)含有O,I,Bi缺陷的BiOI;(e)BiOI-G;(f)—(h)含有O,I,Bi缺陷的BiOI-GFig.5.The work functions of BiOI and BiOI-G:(a)BiOI;(b)–(d)defected BiOI with O,I,Bi vacancy,respectively;(e)BiOI-G;(f)–(h)defected BiOI-G with O,I,Bi vacancy,respectively.

總之,Bi空位缺陷增大了BiOI的功函數(shù),拉大了BiOI的和石墨烯之間功函數(shù)的差距,促使BiOI和石墨烯界面處可以自發(fā)地產(chǎn)生更多的電荷轉(zhuǎn)移,即產(chǎn)生更多的電子空穴對(duì).而O和I空位缺陷則降低了BiOI的功函數(shù),尤其是I空位缺陷,導(dǎo)致BiOI的功函數(shù)和石墨烯的接近,從而抑制了層間的電荷轉(zhuǎn)移.

3.5 光學(xué)性質(zhì)

為描述BiOI的光學(xué)特性,采用(4)式[22]計(jì)算各結(jié)構(gòu)的光吸收譜:

其中 ε1是介電函數(shù)的實(shí)部,ε2是介電函數(shù)的虛部,ω是光子的頻率.

圖6所示為計(jì)算得到的各結(jié)構(gòu)的光吸收譜.從圖6(a)可以看出BiOI可以吸收部分可見光,O缺陷可以使其吸收更多的可見光,而I和Bi缺陷則削弱了BiOI對(duì)可見光的吸收.由于GGA-PBE方法會(huì)低估材料的帶隙,故在圖6中的吸收譜對(duì)可見光的吸收較多.若采用HSE06雜化泛函計(jì)算,則對(duì)應(yīng)吸收邊的波長會(huì)降低約200 nm[10].對(duì)比BiOI與石墨烯復(fù)合前后的光學(xué)特性可知,復(fù)合后光在x,y極化方向的光吸收性質(zhì)發(fā)生了改變,表現(xiàn)出光吸收的各向異性,這主要是因?yàn)锽iOI和石墨烯復(fù)合后,為了使二者的晶格相匹配,二者的晶格常數(shù)發(fā)生了變化,復(fù)合后x和y方向的晶格常數(shù)不再嚴(yán)格相等,結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了各向異性,因此光吸收譜也表現(xiàn)出了各向異性.圖6(e)—(h)表明,由于石墨烯襯底的作用,使得復(fù)合結(jié)構(gòu)的光吸收發(fā)生明顯的紅移,并增強(qiáng)其在可見光區(qū)域的吸收范圍.當(dāng)BiOI存在空位缺陷時(shí),O空位缺陷對(duì)應(yīng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)在可見光具有相對(duì)較強(qiáng)的光吸收峰,表明石墨烯和缺陷的存在對(duì)提高BiOI對(duì)可見光的吸收性能有重要的影響,可提高其光催化活性.

圖6 BiOI和BiOI-G的光吸收譜(x,y,z分別代表不同的極化方向) (a)無缺陷BiOI;(b)—(d)O,I,Bi缺陷的BiOI;(e)無缺陷的BiOI-G;(f)—(h)O,I,Bi缺陷的BiOI-GFig.6.Optical absorption spectra of BiOI and BiOI-G(x,y,z represent diff erent polarization directions,respectively):(a)Perfect BiOI;(b)–(d)defected BiOI with O,I,Bi vacancy,respectively;(e)perfect BiOI-G;(f)–(h)defected BiOI-G with O,I,Bi vacancy,respectively.

4 結(jié) 論

石墨烯襯底可有效調(diào)節(jié)BiOI-G復(fù)合物中的電荷重構(gòu),使其界面自發(fā)地發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移,在界面處形成電子-空穴對(duì),可以有效提高BiOI薄膜的光催化效率.

Bi空位缺陷可促進(jìn)石墨烯與BiOI之間的電荷遷移,使界面處產(chǎn)生更多的電子-空穴對(duì),提高納米復(fù)合材料的催化活性,而I和O空位缺陷則會(huì)抑制界面處電子-空穴對(duì)的形成.

石墨烯襯底不僅可以提高BiOI薄膜對(duì)可見光的吸收范圍,而且當(dāng)和O空位缺陷同時(shí)存在時(shí)可提高BiOI薄膜的光吸收強(qiáng)度.

總之,石墨烯可以進(jìn)一步提高BiOI的光催化活性和效率,且具有更好的光穩(wěn)定性,而空位缺陷則可有效地調(diào)節(jié)BiOI的電子結(jié)構(gòu)和光催化活性.

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