可见光响应光催化剂K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)、K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)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)以及广义梯度近似(GGA)方法,对可见光响应的光催化剂K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)、K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)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K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)和K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)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Ce4f与其有很明显的重迭,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.在固溶体K_4Ce_2Ta_(10-x)Nb_xO_(30)(x=2,5,8)中,由于Ce4f轨道对价带顶的贡献相对较小,固溶体的价带顶低于K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)、K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)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.

溶胶-凝胶法制备可见光响应光催化剂K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)及其光解水活性

以可溶性的乙醇钽为前体,通过溶胶-凝胶法合成可见光响应光催化剂K4Ce2Ta10O30。XRD、SEM、BET以及UV-Vis等表征手段表明通过溶胶-凝胶法制备的K4Ce2Ta10O30具有分布均匀的纳米颗粒(20～40nm),比表面积高,光吸收红移近30nm。并且在可见光下(λ>400nm)分解水的活性测试中,溶胶-凝胶法制备的样品比高温固相反应获得样品具有更高的光催化分解水活性。