Cu-X(X=C,Si,Ge,Sn,Pb)掺杂对闪锌矿ZnS可见光吸收的影响研究

摘要

闪锌矿ZnS是一种常见的光触媒,是催化水制氢原料.闪锌矿ZnS的带隙较宽(3.68 eV),这在一定程度上制约了闪锌矿ZnS对可见光的吸收.为了增加闪锌矿ZnS对可见光的吸收效率,拓宽其工程应用范围,文章基于第一性原理分析了Cu-X(X=C,Si,Ge,Sn,Pb)掺杂对闪锌矿ZnS的稳定性、光学吸收特性以及催化特性的影响.分析结果表明:Cu-X(X=C,Si,Ge,Sn,Pb)掺杂闪锌矿ZnS的结合能分别为-2.33,-2.21,-2.18,-2.06,-1.93 eV,因此,掺杂后的结构比较稳定;Cu-X(X=C,Si,Ge,Sn)掺杂闪锌矿ZnS后,闪锌矿ZnS的带隙宽度分别由3.68 eV减小至3.12,2.85,2.63,2.32 eV,并且能够在禁带中引入了p-d杂化能级,这有利于可见光的吸收;Cu-X(X=C,Si,Ge,Sn,Pb)掺杂闪锌矿ZnS后,闪锌矿ZnS导带边位置分别为-1.03,-0.93,-0.905,-0.865,-0.79 eV,闪锌矿ZnS价带边位置分别为2.29,2.19,1.945,1.765,1.53 eV,上述导、价带边位置均满足光水解制氢条件.