一种定量分析溴化银团簇光催化性能的方法
【专利摘要】本发明公开了一种定量分析溴化银团簇光催化性能的方法，该方法是基于量子化学密度泛函理论来表征和测定溴化银团簇的光催化性能，通过对溴化银团簇的结构研究，确定其稳定结构，并根据能带理论分析溴化银团簇的电子结构，吸收光谱以及价带和导带的位置，最终确定其光催化性能。结合相关的实验研究文献，归纳总结出一种表征测定团簇的光催化性能的方法。本方法无需任何实验，仅采用量子化学理论计算的方法即可以对溴化银团簇光催化性能进行表征；本方法可扩展到其他光催化剂光催化性能的测定和表征。
【专利说明】一种定量分析溴化银团簇光催化性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化学【技术领域】，涉及一种定量分析溴化银团簇光催化性能的方法。
【背景技术】
[0002]光催化剂是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。其光催化性能的测定方法有很多种，比如:哈尔滨工业大学许秋颖等人设计的锐钛矿涂膜光活性评价方法，日本光触媒协会的《光触媒制品湿式分解能力测定法》，台湾光触媒产业发展协会的《光触媒空气净化效能检验方法》等。但是普遍存在实验设备比较复杂、耗时较长、测试结果解释任务繁重等问题。
[0003]目前，比较常用的光催化性能的评价方法是《光触媒制品湿式分解能力测试法》，其原理是:将制品制成薄片，上面罩一玻璃圆筒，接缝处用明矾密封，并注入亚甲基蓝溶液，上面再盖一透明玻璃片，将此装置置于紫外灯下照射，每隔一定时间检测一次吸光度，然后以光照射时间为横坐标轴，残留浓度为纵坐标轴，并拟合函数式，以式中斜率值作为评价指标。但是这种实验方法设备较复杂，耗时较长，操作任务重且要求严格。
[0004]现有的《光触媒制品湿式分解能力测试法》实验设备复杂，耗时长，操作任务重且要求严格。目前还没有采用量子化学计算方法表征光催化材料光催化性能的实施案例和详尽的实施方案。
[0005]量子化学计算方法是伴随着计算机技术的发展而迅速兴起的一种与实验、理论研究方法并列的新的材料性质研究方法，它可以从原子层次来对材料的性质进行研究和模拟，特别是可以阐明材料性质的微观原理。大量的量子化学计算研究实例已经表明利用量子化学计算方法可以对催化剂的催化机理进行深入而系统地研究，可以指导催化剂的设计、合成和应用。并且，量子化学计算方法无须进行实际实验，只需要进行计算机分子模拟计算，投资小、成本低，计算周期短、效率高，并且结果准确、数据解释简单，具有普遍的指导意义。采用量子化学计算方法可以模拟催化剂的晶体结构，可以得到催化剂晶体的吸收光谱，尤其是可以得到晶体的价带和导带的位置和组成，可以从定量的角度表征催化剂的光催化性能，这是实验上无法测定的，目前国际上已有使用量子化学计算方法对半导体光催化剂进行光催化性能表征的文献报道，但是还没有利用这种方法对溴化银团簇进行详细测定和表征的研究案例。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种定量分析溴化银团簇光催化性能的方法，是基于量子化学密度泛函理论来表征和测定溴化银团簇的光催化性能，通过对溴化银团簇的结构研究，确定其稳定结构，并根据能带理论分析溴化银团簇的电子结构，吸收光谱以及价带和导带的位置，最终确定其光催化性能。结合相关的实验研究文献，归纳总结出一种表征测定团簇的光催化性能的方法。其技术方案如下:
[0007]—种定量分析溴化银团簇光催化性能的方法，包括以下步骤:
[0008](I)团簇模型构建和优化
[0009]根据已有的溴化银晶体结构数据,将其导入Material Stud1软件中的Demol模块，创建团簇模型的初始结构，然后对其进行结构优化计算，构型优化和能量计算采用量子化学密度泛函理论DFT的GGA方法，电子交换势采用PBE函数，电子相关是函数采用DFTSem1-core Pseudopots,基组选用DNP,计算得到最稳定结构；
[0010](2)电子结构和吸收光谱的计算
[0011]在Castep模块中建立大小合适的晶格结构，将团簇的最稳定结构导入晶格结构，采用GGA，PBE方法计算溴化银团簇的电子能态结构，能带的组成和位置，以及团簇的吸收光谱；
[0012](3)光催化性能的分析与表征
[0013]由计算所得到的吸收光谱所对应光的波长，可以分析溴化银团簇光响应区域是紫外区λ <400nm还是可见光区域λ介于400_760nm,以及吸收光谱随团簇大小变化的规律；
[0014]通过公式Era = X-Ec-0.5Eg，其中X代表溴化银各原子电负性的几何平均值，EC是自由电子以氢为标准时的电势(?4.5eV), Eg是溴化银体系的带隙，确定溴化银的导带的边缘位置；通过公式Evb = Eg+ECB确定溴化银价带的边缘位置，由价带和导带的边缘位置就可以分析其氧化还原能力，从而判断其光催化性能的强弱，Era越负，还原能力越强出^越正，氧化能力越强。
[0015]本发明的有益效果:
[0016](I)本方法无需任何实验，仅采用量子化学理论计算的方法即可以对溴化银团簇光催化性能进行表征；
[0017](2)提供一种分析表征光催化剂光催化性能的定量方法；
[0018](3)本方法可扩展到其他光催化剂光催化性能的测定和表征。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为定量分析溴化银团簇光催化性能的方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
[0021]如图1所示，一种定量分析溴化银团簇光催化性能的方法，包括以下步骤:
[0022](I)团簇模型构建和优化
[0023]根据已有的溴化银晶体结构数据,将其导入Material Stud1软件中的Demol模块，创建团簇模型的初始结构(如球型，柱型等)，然后对其进行结构优化计算，构型优化和能量计算采用量子化学密度泛函理论DFT的GGA方法，电子交换势采用PBE函数，电子相关是函数采用DFT Sem1-core Pseudopots,基组选用DNP,计算得到最稳定结构；
[0024](2)电子结构和吸收光谱的计算
[0025]在Castep模块中建立大小合适的晶格结构，将团簇的最稳定结构导入晶格结构，采用GGA，PBE方法计算溴化银团簇的电子能态结构，能带的组成和位置，以及团簇的吸收光谱；
[0026](3)光催化性能的分析与表征
[0027]由计算所得到的吸收光谱所对应光的波长，可以分析溴化银团簇光响应区域是紫外区λ <400nm还是可见光区域λ介于400_760nm,以及吸收光谱随团簇大小变化的规律；
[0028]通过公式Era = X-Ec-0.5Eg，其中X代表溴化银各原子电负性的几何平均值，EC是自由电子以氢为标准时的电势(?4.5eV), Eg是溴化银体系的带隙，确定溴化银的导带的边缘位置；通过公式Evb = Eg+ECB确定溴化银价带的边缘位置，由价带和导带的边缘位置就可以分析其氧化还原能力，从而判断其光催化性能的强弱，Era越负，还原能力越强出^越正，氧化能力越强。
[0029]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种定量分析溴化银团簇光催化性能的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)团簇模型构建和优化 根据已有的溴化银晶体结构数据，将其导入Material Stud1软件中的Demol模块，创建团簇模型的初始结构，然后对其进行结构优化计算，构型优化和能量计算采用量子化学密度泛函理论DFT的GGA方法，电子交换势采用PBE函数，电子相关是函数采用DFTSem1-core Pseudopots,基组选用DNP,计算得到最稳定结构； (2)电子结构和吸收光谱的计算 在Castep模块中建立大小合适的晶格结构，将团簇的最稳定结构导入晶格结构，采用GGA, PBE方法计算溴化银团簇的电子能态结构，能带的组成和位置，以及团簇的吸收光谱； (3)光催化性能的分析与表征 由计算所得到的吸收光谱所对应光的波长，可以分析溴化银团簇光响应区域是紫外区λ <400nm还是可见光区域λ介于400_760nm,以及吸收光谱随团簇大小变化的规律； 通过公式Ecb = X-Ec-0.5Eg，其中X代表溴化银各原子电负性的几何平均值，Ec是自由电子以氢为标准时的电势(?4.5eV)，Eg是溴化银体系的带隙，确定溴化银的导带的边缘位置；通过公式Evb = E JEcb确定溴化银价带的边缘位置，由价带和导带的边缘位置就可以分析其氧化还原能力，从而判断其光催化性能的强弱，Era越负，还原能力越强；EVB越正，氧化能力越强。
【文档编号】G01N21/31GK104330371SQ201410612491
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】匙玉华, 赵联明, 丁秋月, 徐文彬, 郭文跃 申请人:中国石油大学(华东)