可见光响应光催化剂K4Ce2Ta10O30、K4Ce2Nb10O30及其固溶体的电子结构

基于密度泛函理论（DFT），采用平面波赝势（PWP）DA及广义梯度近似（GGA）方法，对可见光响应的光催化剂K4Ce2Ta10O30、K4Ce2Nb10O30及其固溶体进行电子结构的第一性原理计算．结果表明，光催化剂K4Ce2Ta10O30和K4Ce2Nb10O30的导带分别主要由Ta5d和Nb4d组成，处于高能级的电子未占据态的Ce饷其有很明显的重迭，但由于其高度局域特性，不能很好地参与光生电子在导带中的传导，从而对光催化活性的贡献很小；而其价带则由O2p与Ta5d（Nb4d）的杂化轨道组成，同时电子占据态的Ce4f对价带也有一定的贡献，各个电子轨道对能带结构的贡献决定了该系列可见光响应光催化剂的物理化学和光催化特性．固溶体系列中随着Nb含量的增加，其吸收光谱依次红移，带隙变窄，导带底变低，光生电子的还原能力降低．在同溶体K4Ce2Ta10-xNbxO30（x=2，5，8）中，由于Ce4f仇道对价带顶的贡献相对较小，固溶体的价带顶低于K4Ce2Ta10O30、K4Ce2Nb10O30的价带顶，光生空穴的氧化能力相对较强．该系列光催化剂的电子结构分析结果与光催化水分解的活性实验结果有很好的一致性.

国家973重大基础研究项目（2003CB214500）资助