一種定量分析溴化銀團(tuán)簇光催化性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種定量分析溴化銀團(tuán)簇光催化性能的方法，該方法是基于量子化學(xué)密度泛函理論來表征和測定溴化銀團(tuán)簇的光催化性能，通過對溴化銀團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)研究，確定其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并根據(jù)能帶理論分析溴化銀團(tuán)簇的電子結(jié)構(gòu)，吸收光譜以及價帶和導(dǎo)帶的位置，最終確定其光催化性能。結(jié)合相關(guān)的實(shí)驗研究文獻(xiàn)，歸納總結(jié)出一種表征測定團(tuán)簇的光催化性能的方法。本方法無需任何實(shí)驗，僅采用量子化學(xué)理論計算的方法即可以對溴化銀團(tuán)簇光催化性能進(jìn)行表征；本方法可擴(kuò)展到其他光催化劑光催化性能的測定和表征。
【專利說明】一種定量分析溴化銀團(tuán)簇光催化性能的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種定量分析溴化銀團(tuán)簇光催化性能的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]光催化劑是在光子的激發(fā)下能夠起到催化作用的化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱。其光催化性能的測定方法有很多種，比如:哈爾濱工業(yè)大學(xué)許秋穎等人設(shè)計的銳鈦礦涂膜光活性評價方法，日本光觸媒協(xié)會的《光觸媒制品濕式分解能力測定法》，臺灣光觸媒產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會的《光觸媒空氣凈化效能檢驗方法》等。但是普遍存在實(shí)驗設(shè)備比較復(fù)雜、耗時較長、測試結(jié)果解釋任務(wù)繁重等問題。
[0003]目前，比較常用的光催化性能的評價方法是《光觸媒制品濕式分解能力測試法》，其原理是:將制品制成薄片，上面罩一玻璃圓筒，接縫處用明礬密封，并注入亞甲基藍(lán)溶液，上面再蓋一透明玻璃片，將此裝置置于紫外燈下照射，每隔一定時間檢測一次吸光度，然后以光照射時間為橫坐標(biāo)軸，殘留濃度為縱坐標(biāo)軸，并擬合函數(shù)式，以式中斜率值作為評價指標(biāo)。但是這種實(shí)驗方法設(shè)備較復(fù)雜，耗時較長，操作任務(wù)重且要求嚴(yán)格。
[0004]現(xiàn)有的《光觸媒制品濕式分解能力測試法》實(shí)驗設(shè)備復(fù)雜，耗時長，操作任務(wù)重且要求嚴(yán)格。目前還沒有采用量子化學(xué)計算方法表征光催化材料光催化性能的實(shí)施案例和詳盡的實(shí)施方案。
[0005]量子化學(xué)計算方法是伴隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速興起的一種與實(shí)驗、理論研究方法并列的新的材料性質(zhì)研究方法，它可以從原子層次來對材料的性質(zhì)進(jìn)行研究和模擬，特別是可以闡明材料性質(zhì)的微觀原理。大量的量子化學(xué)計算研究實(shí)例已經(jīng)表明利用量子化學(xué)計算方法可以對催化劑的催化機(jī)理進(jìn)行深入而系統(tǒng)地研究，可以指導(dǎo)催化劑的設(shè)計、合成和應(yīng)用。并且，量子化學(xué)計算方法無須進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗，只需要進(jìn)行計算機(jī)分子模擬計算，投資小、成本低，計算周期短、效率高，并且結(jié)果準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)解釋簡單，具有普遍的指導(dǎo)意義。采用量子化學(xué)計算方法可以模擬催化劑的晶體結(jié)構(gòu)，可以得到催化劑晶體的吸收光譜，尤其是可以得到晶體的價帶和導(dǎo)帶的位置和組成，可以從定量的角度表征催化劑的光催化性能，這是實(shí)驗上無法測定的，目前國際上已有使用量子化學(xué)計算方法對半導(dǎo)體光催化劑進(jìn)行光催化性能表征的文獻(xiàn)報道，但是還沒有利用這種方法對溴化銀團(tuán)簇進(jìn)行詳細(xì)測定和表征的研究案例。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種定量分析溴化銀團(tuán)簇光催化性能的方法，是基于量子化學(xué)密度泛函理論來表征和測定溴化銀團(tuán)簇的光催化性能，通過對溴化銀團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)研究，確定其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并根據(jù)能帶理論分析溴化銀團(tuán)簇的電子結(jié)構(gòu)，吸收光譜以及價帶和導(dǎo)帶的位置，最終確定其光催化性能。結(jié)合相關(guān)的實(shí)驗研究文獻(xiàn)，歸納總結(jié)出一種表征測定團(tuán)簇的光催化性能的方法。其技術(shù)方案如下:
[0007]—種定量分析溴化銀團(tuán)簇光催化性能的方法，包括以下步驟:
[0008](I)團(tuán)簇模型構(gòu)建和優(yōu)化
[0009]根據(jù)已有的溴化銀晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),將其導(dǎo)入Material Stud1軟件中的Demol模塊，創(chuàng)建團(tuán)簇模型的初始結(jié)構(gòu)，然后對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算，構(gòu)型優(yōu)化和能量計算采用量子化學(xué)密度泛函理論DFT的GGA方法，電子交換勢采用PBE函數(shù)，電子相關(guān)是函數(shù)采用DFTSem1-core Pseudopots,基組選用DNP,計算得到最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；
[0010](2)電子結(jié)構(gòu)和吸收光譜的計算
[0011]在Castep模塊中建立大小合適的晶格結(jié)構(gòu)，將團(tuán)簇的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)導(dǎo)入晶格結(jié)構(gòu)，采用GGA，PBE方法計算溴化銀團(tuán)簇的電子能態(tài)結(jié)構(gòu)，能帶的組成和位置，以及團(tuán)簇的吸收光譜；
[0012](3)光催化性能的分析與表征
[0013]由計算所得到的吸收光譜所對應(yīng)光的波長，可以分析溴化銀團(tuán)簇光響應(yīng)區(qū)域是紫外區(qū)λ <400nm還是可見光區(qū)域λ介于400_760nm,以及吸收光譜隨團(tuán)簇大小變化的規(guī)律；
[0014]通過公式Era = X-Ec-0.5Eg，其中X代表溴化銀各原子電負(fù)性的幾何平均值，EC是自由電子以氫為標(biāo)準(zhǔn)時的電勢(?4.5eV), Eg是溴化銀體系的帶隙，確定溴化銀的導(dǎo)帶的邊緣位置；通過公式Evb = Eg+ECB確定溴化銀價帶的邊緣位置，由價帶和導(dǎo)帶的邊緣位置就可以分析其氧化還原能力，從而判斷其光催化性能的強(qiáng)弱，Era越負(fù)，還原能力越強(qiáng)出^越正，氧化能力越強(qiáng)。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016](I)本方法無需任何實(shí)驗，僅采用量子化學(xué)理論計算的方法即可以對溴化銀團(tuán)簇光催化性能進(jìn)行表征；
[0017](2)提供一種分析表征光催化劑光催化性能的定量方法；
[0018](3)本方法可擴(kuò)展到其他光催化劑光催化性能的測定和表征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為定量分析溴化銀團(tuán)簇光催化性能的方法流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0021]如圖1所示，一種定量分析溴化銀團(tuán)簇光催化性能的方法，包括以下步驟:
[0022](I)團(tuán)簇模型構(gòu)建和優(yōu)化
[0023]根據(jù)已有的溴化銀晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),將其導(dǎo)入Material Stud1軟件中的Demol模塊，創(chuàng)建團(tuán)簇模型的初始結(jié)構(gòu)(如球型，柱型等)，然后對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算，構(gòu)型優(yōu)化和能量計算采用量子化學(xué)密度泛函理論DFT的GGA方法，電子交換勢采用PBE函數(shù)，電子相關(guān)是函數(shù)采用DFT Sem1-core Pseudopots,基組選用DNP,計算得到最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；
[0024](2)電子結(jié)構(gòu)和吸收光譜的計算
[0025]在Castep模塊中建立大小合適的晶格結(jié)構(gòu)，將團(tuán)簇的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)導(dǎo)入晶格結(jié)構(gòu)，采用GGA，PBE方法計算溴化銀團(tuán)簇的電子能態(tài)結(jié)構(gòu)，能帶的組成和位置，以及團(tuán)簇的吸收光譜；
[0026](3)光催化性能的分析與表征
[0027]由計算所得到的吸收光譜所對應(yīng)光的波長，可以分析溴化銀團(tuán)簇光響應(yīng)區(qū)域是紫外區(qū)λ <400nm還是可見光區(qū)域λ介于400_760nm,以及吸收光譜隨團(tuán)簇大小變化的規(guī)律；
[0028]通過公式Era = X-Ec-0.5Eg，其中X代表溴化銀各原子電負(fù)性的幾何平均值，EC是自由電子以氫為標(biāo)準(zhǔn)時的電勢(?4.5eV), Eg是溴化銀體系的帶隙，確定溴化銀的導(dǎo)帶的邊緣位置；通過公式Evb = Eg+ECB確定溴化銀價帶的邊緣位置，由價帶和導(dǎo)帶的邊緣位置就可以分析其氧化還原能力，從而判斷其光催化性能的強(qiáng)弱，Era越負(fù)，還原能力越強(qiáng)出^越正，氧化能力越強(qiáng)。
[0029]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種定量分析溴化銀團(tuán)簇光催化性能的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)團(tuán)簇模型構(gòu)建和優(yōu)化 根據(jù)已有的溴化銀晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，將其導(dǎo)入Material Stud1軟件中的Demol模塊，創(chuàng)建團(tuán)簇模型的初始結(jié)構(gòu)，然后對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算，構(gòu)型優(yōu)化和能量計算采用量子化學(xué)密度泛函理論DFT的GGA方法，電子交換勢采用PBE函數(shù)，電子相關(guān)是函數(shù)采用DFTSem1-core Pseudopots,基組選用DNP,計算得到最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)； (2)電子結(jié)構(gòu)和吸收光譜的計算 在Castep模塊中建立大小合適的晶格結(jié)構(gòu)，將團(tuán)簇的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)導(dǎo)入晶格結(jié)構(gòu)，采用GGA, PBE方法計算溴化銀團(tuán)簇的電子能態(tài)結(jié)構(gòu)，能帶的組成和位置，以及團(tuán)簇的吸收光譜； (3)光催化性能的分析與表征 由計算所得到的吸收光譜所對應(yīng)光的波長，可以分析溴化銀團(tuán)簇光響應(yīng)區(qū)域是紫外區(qū)λ <400nm還是可見光區(qū)域λ介于400_760nm,以及吸收光譜隨團(tuán)簇大小變化的規(guī)律； 通過公式Ecb = X-Ec-0.5Eg，其中X代表溴化銀各原子電負(fù)性的幾何平均值，Ec是自由電子以氫為標(biāo)準(zhǔn)時的電勢(?4.5eV)，Eg是溴化銀體系的帶隙，確定溴化銀的導(dǎo)帶的邊緣位置；通過公式Evb = E JEcb確定溴化銀價帶的邊緣位置，由價帶和導(dǎo)帶的邊緣位置就可以分析其氧化還原能力，從而判斷其光催化性能的強(qiáng)弱，Era越負(fù)，還原能力越強(qiáng)；EVB越正，氧化能力越強(qiáng)。
【文檔編號】G01N21/31GK104330371SQ201410612491
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】匙玉華, 趙聯(lián)明, 丁秋月, 徐文彬, 郭文躍 申請人:中國石油大學(xué)(華東)