多钨酸纳米团簇光劈裂水产氢机理的含时密度泛函理论研究

本文采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)方法对多钨酸纳米团簇[XW_(12)O_(40)]^(n-)(X=P,Si,Ge,B)的紫外-可见光谱和电子跃迁机理进行了模拟,并对其光催化劈裂水产氢气机理进行了计算。结果显示,实验观测到紫外-可见吸收峰均来自配体到金属的电荷转移跃迁(LMCT),即电子由氧原子p轨道跃迁到金属钨的d轨道。因单电子还原(OER)中间体激发后总能量超过实验阈值(λ>300nm),催化剂通过能量弛豫回到基态成为有利途径。接下来的双电子还原(TER)和氢气产生均存在热力学有利的放热反应,且质子化在这些过程中扮演了重要角色。多钨酸纳米团簇在整个催化循环中扮演了光敏剂、催化剂、电子给体和受体的角色。