[发明专利]Fe原子掺杂和吸附改善ZnO(0001)表面光催化性质的计算方法

摘要

本发明公开了一种Fe原子掺杂和吸附改善ZnO(0001)表面光催化性质的计算方法，包括：在MS软件中构建ZnO体材料的原胞，并进行结构优化，再构建ZnO(0001)表面超晶胞，以及Fe原子在纯ZnO(0001)表面上不同位点的掺杂和吸附模型；对其表面进行结构优化和GGA+U方法的计算，并选定能带结构、态密度和光学性质以及分别对应的精度，各模型计算；利用CASTEP模块对各模型分析，得到Fe原子掺杂和吸附的ZnO(0001)表面的形成能和光学性质常数和功函数，得到各模型对应的电子结构和光学性质。从而提高了ZnO(0001)表面在可见光范围内的光催化活性,对ZnO光催化的实际应用提供了一定的参考。

主权项

1.一种Fe原子掺杂和吸附改善ZnO(0001)表面光催化性质的计算方法，其特征在于，包括下述步骤：1)构建模型1a)在Materials Studio软件中构建ZnO体材料的原胞，并对其进行结构优化；1b)利用步骤1a)得到的优化后的ZnO体材料原胞，构建由五个Zn‑O双原子层构成的ZnO(0001)表面的超晶胞模型；1c)在步骤1b)得到的ZnO(0001)表面的超晶胞模型基础上，建立不同的Fe原子掺杂位点和吸附位点对应的ZnO(0001)表面超晶胞模型；2)理论计算2a)选取并设置适当的计算参数，对步骤1b)和1c)获得的Fe原子掺杂和吸附以及纯ZnO(0001)表面结构的超晶胞模型使用GGA方法进行结构优化，并对模型中不同种类的原子加上对应的库伦修正值U值，使用GGA+U方法进行超晶胞模型总能量计算；2b)在能量计算的超晶胞基础上，选定包括能带结构、态密度和光学性质，和其分别对应的精度，通过运行CASTEP模块对各模型进行计算；3)分析结果利用CASTEP模块对计算出来的各ZnO表面超晶胞模型进行性质分析，得到Fe原子掺杂和吸附ZnO(0001)表面超晶胞模型的形成能和光学性质常数，以及Fe原子吸附ZnO(0001)表面的功函数，并绘制出各模型对应的电子结构和光学性质图，从而得到Fe原子掺杂和吸附ZnO(0001)表面的结构稳定性和电子结构的改变，以及Fe原子的掺杂和吸附对ZnO(0001)表面光学性质和光催化性质的影响。