g-c3n4碳位掺杂电学及光学性质的分析

使用第一性原理研究了c位掺杂的g-c3n4的电学性质和光学性质，掺杂原子为b、p、s.g-c3n4有c1位和c2位两种对称位碳原子，其中在c1位上的掺杂易于c2位，掺杂体系也较c2位稳定.相比于磷和硫在g-c3n4上的掺杂，硼掺杂最易于进行.掺杂后体系的晶体结构之间差别较大，这与掺杂原子的大小以及电负性有关.由轨道布居分布可知，掺杂后的硼、磷、硫原子价电子发生了变化，表明掺杂原子发生了杂化，与相邻原子以强的共价键相连.掺杂原子与被取代的碳原子之间的价电子差异导致了能带的增加.在原来的体系中，掺杂后的体系出现了一条新的能带，因此导致实际带隙下降，表明了掺杂后的体系导电性能增强.对纯g-c3n4及掺杂g-c3n4的光学性质分析表明，g-c3n4的光学吸收主要在紫外光区，掺杂磷和硫后对g-c3n4的光吸收波长范围无改变，掺杂硼后的g-c3n4光吸收不再局限于紫外光区，而且延伸至可见光区和红外光区，并在红外光区有很强的吸收，表明g-c3n4掺杂硼后能大大地提高光催化效率.电子能量损失光谱和光导率谱以及介电常数都佐证了上述观点.