元素摻雜對三氧化鎢能帶結構的影響

三氧化鎢光催化劑因為具有良好的光感性、良好的電子傳輸性質、以及優異的光穩定性而被廣泛應用於各個領域。

然而由於三氧化鎢的禁帶寬度較低，故此對可見光的利用率不高。此外，因為三氧化鎢的導帶底較低，所以對於利用三氧化鎢光催化分解水制氫來說是不可能的。而對於光催化降解來說，導帶位置較低將導致光生電子的單電子還原氧的反應受到一定限制。從而使得光生電子的消耗受到阻礙，進而降低了光生空穴的利用率。有研究表明對於三氧化鎢來說，光生電子將發生兩個相互競爭的四電子還原氧的過程。對此，通過摻雜其它元素來調整三氧化鎢的能帶結構使其導帶與價帶能夠滿足所需要的電位就成為了一個可能有效的方法。同時還注意到由於摻雜將導致三氧化鎢晶格發生畸變，而晶體結構的變化也將會引起材料能帶結構等的變化。

元素摻雜主要分為金屬摻雜、非金屬摻雜以及金屬-非金屬摻雜，三者對於三氧化鎢的能帶結構有著不同的影響。對於等價的 Mo 或者 Cr 取代晶格中 W 時，三氧化鎢的導帶位置向下移動。S 取代 O 後 S 會在三氧化鎢的價帶頂部形成一個定域的佔據態，導致三氧化鎢的禁帶寬度變窄，並使三氧化鎢的導帶向上移動。因而有可能提高三氧化鎢的光催化活性。當用低價態的 Ti、Zr 或者 Hf 取代 W，三氧化鎢的禁帶寬度變寬，同時導帶位置上移。然而，W被低價態離子取代將會形成補償缺陷，如 Hf 摻雜三氧化鎢的氧空位形成能為負值，所以會形成氧空位。這將導致三氧化鎢的導帶和價帶都向著高能量的方向移動且其禁帶寬度將會減小。

• < 前一頁
• 下一個 >