缺陷單層WS2的電子結(jié)構(gòu)和光催化析氫性能理論研究.pdf

1、單層過渡金屬二硫化物是一種常見的二維表面材料，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，例如光電催化析氫。能帶邊緣電位是一種衡量析氫能力的指標(biāo)之一，本論文利用Materials Studio7.0軟件對(duì)三種摻雜單層WS2的電子結(jié)構(gòu)和能帶邊緣電位進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明：
　　(1)0摻雜WS2之后，帶隙值減小，而且0摻雜濃度越大，帶隙值減小得越多。摻氧后，導(dǎo)帶部分引入了02p軌道，造成導(dǎo)帶位置降低，所以摻氧有利于電子從價(jià)帶運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)帶，結(jié)果光生電子和光生

2、空穴的分離效率提高。0摻雜WS2之后，在富硫和貧硫環(huán)境下，體系的形成能均為負(fù)值，所以摻氧提高了體系的穩(wěn)定性。0摻雜WS2之后，CBM電位（即還原電位）較本征態(tài)的更正，說(shuō)明其析氫能力降低，所以摻氧降低了WS2體系的析氫能力。
　　(2)空位摻雜WS2之后，帶隙值減小，并且S空位摻雜之后，帶隙值減小得更多。空位摻雜后引入了摻雜能級(jí)，使得導(dǎo)帶部分向低能移動(dòng)，結(jié)果造成導(dǎo)帶位置降低，所以空位摻雜有利于電子從價(jià)帶運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)帶，結(jié)果光生電子和光生

3、空穴的分離效率提高。空位摻雜WS2之后，S空位摻雜體系的形成能均為正值，W空位摻雜體系的形成能為負(fù)值，因而W空位摻雜單層WS2的穩(wěn)定性較高，而S空位摻雜單層\￥82的穩(wěn)定性較低。S空位摻雜WS2之后，CBM電位（即還原電位）較本征態(tài)的更正，說(shuō)明其析氫能力降低，VBM電位（即氧化電位）較本征態(tài)的更負(fù)，說(shuō)明其析氧能力也降低，因而S空位摻雜使得單層WS2體系的析氫能力和析氧能力都降低。但W空位摻雜使得原體系的析氫能力提高，析氧能力降低。

4、>　　(3)Cr、Mo摻雜WS2之后，帶隙值減小，并且Cr摻雜后，帶隙值減小得更多。摻雜后，導(dǎo)帶部分引入了新的摻雜能級(jí)，結(jié)果造成導(dǎo)帶位置降低。所以金屬摻雜有利于電子從價(jià)帶運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)帶，結(jié)果光生電子和光生空穴的分離效率提高。過渡金屬摻雜WS2之后，兩種金屬摻雜體系的形成能均為正值，所以Cr、Mo摻雜單層WS2體系的穩(wěn)定性較低。Cr摻雜WS2之后，CBM電位（即還原電位）較本征態(tài)的更正，說(shuō)明其析氫能力降低，VBM電位（即氧化電位）較本征態(tài)的更

5、負(fù)，說(shuō)明其析氧能力降低。但Mo摻雜單層WS2體系的析氫能力和析氧能力基本上沒有改變。
　　通過理論計(jì)算可以為實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù)，并且還能預(yù)測(cè)出未來(lái)的新材料。上述三種摻雜體系的計(jì)算結(jié)果表明，摻氧體系和W空位摻雜體系的形成能均為負(fù)值，說(shuō)明它們的穩(wěn)定性高，在實(shí)驗(yàn)過程中是可以得到的。但金屬摻雜體系和S空位摻雜體系的形成能均為正值，說(shuō)明它們的穩(wěn)定性較低。此外，從摻雜體系的吸光光譜圖中也可以看出，0摻雜單層WS2體系都發(fā)生了“紅移”，說(shuō)明0摻雜