[发明专利]一种基于二维黑磷的异质结光催化材料模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种基于二维黑磷的异质结光催化材料模型的构建方法：第一步，建立具有层状结构的BP体材料模型；第二步，建立BiVOsubgt;4/subgt;体材料模型；第三步，将第一步制备的BP体材料模型均切(010)晶面得到磷烯，将第二步制备的BiVOsubgt;4/subgt;体材料模型均切(010)晶面得到BiVOsubgt;4/subgt;薄层；第四步，根据第三步制备的磷烯建立3×4BP(010)的超胞，根据第三步制备的BiVOsubgt;4/subgt;薄层建立BiVOsubgt;4/subgt;(010)的超胞，将3×4BP(010)的超胞垂直叠加在BiVOsubgt;4/subgt;(010的)超胞上，得到BP/BiVOsubgt;4/subgt;(010)异质结模型；本发明的方法适用于光催化系统。

技术领域

本发明属于二维异质结理论建模技术领域，具体地说，涉及一种基于二维黑磷的异质结光催化材料模型的构建方法。

背景技术

近年来，许多研究者将二维材料的研究重点转向黑磷。2014年，通过对黑磷体材料进行机械剥落，成功获得了具有石墨烯、g-C₃N₄、MoS₂等优异性能的少层黑磷(BP)二维材料。此外，理论和实验结果表明，BP的带隙随着层数的增加而变化，从体材料的0.35eV到单层的2eV。然而BP在自然环境中容易被氧化和溶解，在表面形成磷酸，长期暴露于空气中，BP形貌体积增加200％以上，这严重阻碍了BP的应用。因此，有必要采取一些解决方案来克服上述缺点。

目前，许多基于BP的异质结构被构建出来，以保护BP在氧气和湿度条件下不溶解，并改善其在水裂解中的应用，其中BP和钒酸铋(BiVO₄)构成的异质结光催化的原理仍不清楚，BP/BiVO₄的结构稳定性和电子性能如能带结构和界面电荷转移等还没有全面分析。具体来说，BP/BiVO₄异质结构的光催化活性是由BP和BiVO₄在接触形成异质结构后价电子(VB)和导带(CB)的位置决定的，这些位置尚未被阐明。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二维黑磷的异质结光催化材料模型的构建方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一方面提供了一种基于二维黑磷的异质结光催化材料模型的构建方法，包括以下步骤：

第一步，在Materials Studio 8.0软件上设定空间群Cmca，晶格常数为：建立具有层状结构的BP体材料模型，BP晶体属于正交晶系；

第二步，设定空间群为B2/b，z＝4，晶格常数为：a＝7.247A，b＝5.096A，c＝11.702A，γ＝134.18°，建立BiVO₄体材料模型，BiVO₄室温下属于单斜晶系；

第三步，将第一步制备的BP体材料模型均切(010)晶面得到磷烯，将第二步制备的BiVO₄体材料模型均切(010)晶面得到BiVO₄薄层；

第四步，根据第三步制备的磷烯建立3×4 BP(010)的超胞，根据第三步制备的BiVO₄薄层建立BiVO₄(010)的超胞，将3×4 BP(010)的超胞垂直叠加在BiVO₄(010的)超胞上，得到BP/BiVO₄(010)异质结模型。

所述BP/BiVO₄(010)异质结模型是在BiVO₄薄层衬底上垂直堆叠磷烯而成。

所述BP/BiVO₄(010)异质结模型的晶格失配率按照M＝(a2-a1)/a1计算，其中a1和a2分别为磷烯即单层BP和BiVO₄(010)薄层的晶格常数。