S和Al掺杂单层g-C3N4电子结构与光学性质的第一性原理研究

作者：刘晨曦; 庞国旺; 潘多桥; 史蕾倩; 张丽丽^*; 雷博程^*; 赵旭才; 黄以能

来源：材料导报, 2023, 37(09): 14-19.

• 掺杂
• 石墨相氮化碳
• 电子结构
• 光学性质
• 第一性原理

g-C3N4是一种典型的聚合物半导体材料，在可见光下就能完成对半导体要求较高的光催化反应。采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法研究了单层g-C3N4、S单掺g-C3N4、Al单掺g-C3N4和S-Al共掺g-C3N4的形成能、电子结构及光学性质。结果表明：S掺杂空隙I位置、Al掺杂N2位置时，杂质原子最易掺入g-C3N4体系。与单层g-C3N4相比，掺杂后的体系均发生了晶格畸变以及红移现象，拓展了体系的光吸收范围，可推测出S、Al掺杂能够提高g-C3N4体系的光催化性。其中，S-Al共掺杂体系的光催化性是最优的，原因是共掺杂体系的分子轨道有较强的离域性，有利于提高载流子的迁移率，并且共掺杂能使单掺杂引入的深能级变浅，减少杂质能级上的复合中心。因此，本工作提出的S-Al共掺杂可作为提高g-C3N4光催化活性的一种有效手段。

• 单位
  固体微结构物理国家重点实验室; 伊犁师范大学