[发明专利]纳米金属氧化物能隙值的预测方法

摘要

本发明提供了纳米金属氧化物能隙值的预测方法，属于纳米技术领域。首先，通过文献收集和实验测定的方法获取纳米金属氧化物的能隙值。其次，获取纳米金属氧化物结构参数，包括量子化学描述符、收集金属原子信息以及测定金属氧化物粒径、晶体构型等实验参数。最后，通过偏最小二乘法构建纳米金属氧化物能隙值与结构参数的关系模型，预测不同晶型、不同粒径纳米金属氧化物的能隙值。本发明建立的方法，可以快速预测不同晶型、不同粒径纳米金属氧化物的能隙值；该方法成本低、效率高，能够节省实验测试所需的人力和物力，并且可以为本方法可以为纳米金属氧化物的生态风险评价、新型催化剂和新型纳米金属氧化物的安全设计提供必要的基础数据。

主权项

1.一种纳米金属氧化物能隙值的预测方法，其特征在于，步骤如下：首先，通过文献收集和实验测定获得纳米金属氧化物的能隙值91个，包括22种不同金属氧化物的不同晶体构型；纳米金属氧化物能隙值的规则：(a)金属氧化物的尺寸必须是纳米尺寸；(b)金属氧化物的形状是球型或近球型；(c)具有单一化学成分；(d)表面无化学修饰；(e)必须有X射线衍射的表征数据，有确定的晶体构型；(f)有紫外‑可见光谱分析数据；以量子限制效应作为收集的纳米金属氧化物能隙值预处理的理论依据；能隙值预处理后，得到40个能隙值数据，按照1:3的比例将其随机分成验证集和训练集；其次，构建纳米金属氧化物的原胞结构，对原胞结构进行几何优化；获取金属氧化物的如下结构参数：(1)获取量子化学描述符；(2)从元素周期表中获得金属原子的周期数、金属原子的电负性、金属原子的价电子个数以及形成的金属氧化物的金属原子与氧原子的比值等金属原子的信息，作为纳米金属氧化物的周期表参数；(3)通过实验表征获取纳米金属氧化物的材料粒径、纳米金属氧化物所包含的晶胞个数以及纳米金属氧化物的晶体构型参数；最后，使用偏最小二乘法建立纳米金属氧化物能隙值与结构参数的关系模型，并对模型进行表征；结果如下：其中，Eg代表能隙值，HF代表晶胞生成焓；BETA代表晶胞β角；D‑2代表材料直径平方的倒数；V2代表晶胞矢量长度；EFermi代表费米能级；TFW代表托马斯‑费米矢量；R代表金属原子与氧原子比值；ET代表总能量；DENC代表‑1/2Hartree能量；XCENC代表电子交换关联能；所建模型的决定系数R2为0.848，训练集的均方根误差RMSE为0.378eV，表示模型具有较好的线性拟合效果，R2>0.6；模型经过去一法的内部交叉验证，得到的RMSE为0.478eV，表明所建立的模型具有较好的稳健性；模型的外部验证包括10个纳米金属氧化物的能隙值，外部验证的Q2ext和RMSE分别为0.814和0.408eV，表明模型的具有较好的预测能力，Q2ext>0.5。