[发明专利]一种筛选高效AB2

权利要求书

1.本发明提供了一种筛选高效AB₂O₄型尖晶石光催化材料的理论方法，构建尖晶石的几何结构模型，对其进行充分的结构弛豫，并通过形成焓的计算分析其热力学的稳定性，计算其电子和光吸收特性，得出尖晶石的禁带宽度、带边位置、光吸收系数，利用光催化材料设计理论，分析比较不同尖晶石型材料的带隙宽度、带边位置及光吸收系数，进而从理论上筛选出优异的尖晶石型光催化材料，所述方法的实施方式分以下3步：

（1）模型构建

在元素周期表中选取多种元素，利用尖晶石型半导体晶格骨架，采用元素置换法，构建尖晶石模型，借助VESTA软件检验模型合理性；

（2）计算模拟

a. 结构优化

选取合适的赝势文件，设置好.in输入文件，利用Quantum Espresso软件将步骤1中得到的模型进行充分的结构弛豫，最终得到各模型基态的结构数据，以备用于下一步静态自洽计算（scf）的输入文件中；

b. 静态自洽计算

进行静态自洽计算，生成各体系的波函数及电荷密度数据文件，并得到基态下尖晶石模型的能量数据，并计算尖晶石内各组成元素在其单质态下的能量；

c. 电子性质及光吸收系数的计算

在上一步静态自洽的基础上，利用得到的电荷密度及波函数文件，修改输入文件参数，研究尖晶石的电子性质及光吸收性质，分别依次进行电子态密度、能带结构和光吸收性质的计算；

（3）结果处理与分析

a.通过VESTA软件可视化充分弛豫后的尖晶石的基态结构，分析其结构特征，检验结构合理性；

b.提取自洽计算步骤中尖晶石及其内部组成元素对应的能量，利用形成焓计算公式，计算其形成焓，分析其热力学稳定性；

c.绘制电荷密度图、分波态密度图、能带结构图，分析其内部电子结构特征，分析内部组分与电子性质间的构效关系；

d.光学性质分析，绘制尖晶石型半导体的光吸收系数图谱；

e.对比不同尖晶石的能带结构及光吸收系数，筛选出潜在的稳定高效尖晶石型光催化材料，从而指导实验设计，缩短新型尖晶石型光催化材料的研发周期。

2.根据权利要求1所述的一种筛选高效AB₂O₄型尖晶石半导体光催化材料的理论方法，其特征在于计算软件为Quantum Espresso。

3.根据权利要求1所述的一种筛选高效AB₂O₄型尖晶石半导体光催化材料的理论方法，其特征为步骤（1）中所构建的尖晶石结构模型为含有56个原子的单胞模型。

4.根据权利要求1所述的一种筛选高效AB₂O₄型尖晶石半导体光催化材料的理论方法，其特征在于计算流程为首先结构弛豫，随后静态自洽计算，然后在生成的波函数和电荷密度数据文件的基础上，进行分波态密度、能带结构及光吸收系数的计算。

5.根据权利要求1所述的一种筛选高效AB₂O₄型尖晶石半导体光催化材料的理论方法，其特征在于交换关联泛函采用广义梯度近似框架(generalized gradientapproximation,GGA)中的Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)方法，在结构弛豫步骤中，平面波截断能为35 Ry，离子步的能量收敛标准为1.0×10^-5 Ha，倒空间中K点网格密度取为5×5×5。

6.根据权利要求1所述的一种筛选高效AB₂O₄型尖晶石半导体光催化材料的理论方法，其特征在于在步骤（2）中采用GGA+U方法进行电子结构及光吸收性质计算。

7.根据权利要求1所述的一种筛选高效AB₂O₄型尖晶石半导体光催化材料的理论方法，其中计算能带结构过程中倒空间的K点采用Line模式，具体设置为沿高对称点Г-L-X-W-K-Г的Line模式。