【其他论文】基于第一性原理计算的金属掺杂 β-Ga₂O₃ 光催化研究

        由西安邮电大学的研究团队在学术期刊《人工晶体学报》发布了一篇名为 Photocatalytic study of metal-doped β-Ga₂O₃ based on first-principles calculations《基于第一性原理计算的金属掺杂 β-Ga₂O₃ 光催化研究》的文章。

摘要

        针对 β-Ga₂O₃ 在光催化中因载流子复合率高及宽带隙引起的响应光谱窄的问题，本研究通过第一性原理计算探究了金属 Zn、Cd、Hg 掺杂对 β-Ga₂O₃ 电子结构、光学性质及催化稳定性的影响机制。结果表明，三种金属掺杂体系均满足光催化水解的能级匹配条件，其中 Zn 掺杂体系的电子-空穴有效质量比值（m_e^*/m_h^*）显著高于 Cd、Hg 掺杂体系，更利于光生载流子的空间分离与迁移。形成能计算显示，富氧环境下 Zn 掺杂优先占据 Ga（1）晶格位点，其形成能远低于 Cd 与 Hg 掺杂体系，表明 Zn 掺杂 β-Ga₂O₃ 具有最优的结构稳定性。光吸收谱分析表明，材料光吸收能力呈现各向异性，其中在[001]晶向上光吸收系数明显高于[100]和[010]晶向。Zn、Cd、Hg 掺杂大幅提高了 β-Ga₂O₃ 在红外区的光吸收能力。综上，三种金属掺杂中，Zn 掺杂可作为首选的杂质，该结果为高效光催化剂设计提供了理论参考。

原文链接：

https://doi.org/10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0024