第一性原理研究O和S掺杂的石墨相氮化碳(g-C3N4)6量子点电子结构和光吸收性质

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翟顺成, 郭平, 郑继明, 赵普举, 索兵兵, 万云. 2017: 第一性原理研究O和S掺杂的石墨相氮化碳(g-C3N4)6量子点电子结构和光吸收性质, 物理学报, 66(18): 199-209. doi: 10.7498/aps.66.187102
引用本文: 翟顺成, 郭平, 郑继明, 赵普举, 索兵兵, 万云. 2017: 第一性原理研究O和S掺杂的石墨相氮化碳(g-C3N4)6量子点电子结构和光吸收性质, 物理学报, 66(18): 199-209. doi: 10.7498/aps.66.187102
Zhai Shun-Cheng, Guo Ping, Zheng Ji-Ming, Zhao Pu-Ju, Suo Bing-Bing, Wan Yun. 2017: First principle study of electronic structures and optical absorption properties of O and S doped graphite phase carbon nitride (g-C3N4)6 quantum dots, Acta Physica Sinica, 66(18): 199-209. doi: 10.7498/aps.66.187102
Citation: Zhai Shun-Cheng, Guo Ping, Zheng Ji-Ming, Zhao Pu-Ju, Suo Bing-Bing, Wan Yun. 2017: First principle study of electronic structures and optical absorption properties of O and S doped graphite phase carbon nitride (g-C3N4)6 quantum dots, Acta Physica Sinica, 66(18): 199-209. doi: 10.7498/aps.66.187102

第一性原理研究O和S掺杂的石墨相氮化碳(g-C3N4)6量子点电子结构和光吸收性质

First principle study of electronic structures and optical absorption properties of O and S doped graphite phase carbon nitride (g-C3N4)6 quantum dots

  • 摘要: 利用密度泛函和含时密度泛函理论研究了氧(O)和硫(S)原子掺杂的石墨相氮化碳(g-C3N4)6量子点的几何、电子结构和紫外-可见光吸收性质.结果表明:掺杂后(g-C3N4)6量子点杂质原子周围的C N键长发生了一定的改变,最高电子占据分子轨道-最低电子未占据分子轨道(HOMO-LUMO)能隙显著减小.形成能的计算表明O原子取代掺杂的(g-C3N4)6量子点体系更稳定,且O原子更易取代N3位点,而S原子更易取代N8位点.模拟的紫外-可见电子吸收光谱表明,O和S原子的掺杂改善了(g-C3N4)6量子点的光吸收,使其吸收范围覆盖了整个可见光区域,甚至扩展到了红外区.而且适当的杂质浓度使(g-C3N4)6量子点光吸收在强度和范围上都得到明显改善.通过O和S掺杂的比较,发现二者在可见光区对(g-C3N4)6量子点的光吸收有相似的影响,然而在长波长区域二者的影响有明显差异.总体而言,O掺杂要优于S掺杂对(g-C3N4)6量子点光吸收的影响.
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出版历程
  • 刊出日期:  2017-09-30

第一性原理研究O和S掺杂的石墨相氮化碳(g-C3N4)6量子点电子结构和光吸收性质

  • 西北大学物理学院,西安,710069
  • 西北大学光子学与光子技术研究所,西安,710069
  • 西北大学现代物理研究所,西安,710069

摘要: 利用密度泛函和含时密度泛函理论研究了氧(O)和硫(S)原子掺杂的石墨相氮化碳(g-C3N4)6量子点的几何、电子结构和紫外-可见光吸收性质.结果表明:掺杂后(g-C3N4)6量子点杂质原子周围的C N键长发生了一定的改变,最高电子占据分子轨道-最低电子未占据分子轨道(HOMO-LUMO)能隙显著减小.形成能的计算表明O原子取代掺杂的(g-C3N4)6量子点体系更稳定,且O原子更易取代N3位点,而S原子更易取代N8位点.模拟的紫外-可见电子吸收光谱表明,O和S原子的掺杂改善了(g-C3N4)6量子点的光吸收,使其吸收范围覆盖了整个可见光区域,甚至扩展到了红外区.而且适当的杂质浓度使(g-C3N4)6量子点光吸收在强度和范围上都得到明显改善.通过O和S掺杂的比较,发现二者在可见光区对(g-C3N4)6量子点的光吸收有相似的影响,然而在长波长区域二者的影响有明显差异.总体而言,O掺杂要优于S掺杂对(g-C3N4)6量子点光吸收的影响.

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