项目名称: BiOX(X=Cl,Br,I)二维超薄纳米晶电子结构与光电特性的原位表征及光催化性能研究

项目编号: No.51472016

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 无机非金属材料学科

项目作者: 郝维昌

作者单位: 北京航空航天大学

项目金额: 83万元

中文摘要: 原子级尺度的二维超薄纳米晶材料,由于其结构各向异性、缺陷和表面态的影响,表现出优异的光电性能。针对此类材料光电输运性能的原位研究有可能发现新的物理现象,并为下一代能源转换材料和电子器件的开发带来新的思路。具有氯化铅结构的三元Bi系层状化合物BiOX(X=Cl,Br,I)层间的X离子是通过范德瓦尔斯力结合的,通过表面活性剂控制生长或高能剥离技术可以获得原子尺度的BiOX二维纳米晶材料。本项目将以BiOX二维超薄纳米晶材料为研究对象,以材料在外加光、电场及吸附分子存在条件下的电子结构与光电特性的原位表征为手段,以探索材料的光催化性能与低维限域效应、量子尺寸效应和表面结构的关系和规律为核心,开展第一原理计算、材料制备、电子结构、光电输运、量子效率及光催化特性的研究。通过本项目的研究制备出具有高量子效率、高可见光利用率的BiOX二维光催化材料,建立二维纳米晶材料光催化机理的电子结构模型。

中文关键词: BiOX(X=Cl;Br;I);表面态;电子结构;光催化;原位表征

英文摘要: Atomically-thick two-dimensional(2D) ultra-thin nanocrystals possess outstanding photoelectronic properties because of their anisotropic structure, defects and surface states. It is a good opportunity to find novel physics and new strategies to develop energy conversation materials and electronic devices via in-situ study on the electronic structure and photoelectronic properties of 2D nanocrystals. The interaction of two layers halogen ions is Van der Waals' force in layer structured matlockite BiOX(X=Cl, Br, I) compounds, which is a kind of weak interaction comparing with other bonding state. The atomically-thick 2D nanocrystals can be prepared by surfactant induced growth method or high energy exfoliation process. This project will target at research on atomically-thick 2D BIOX nanocrystals, will fed on in-situ study on the electronic structure and photo-induced transport properties of BiOX 2D nanocrystals under light irradiation, electronic field and molecule adsorption,and will focus on mechanism study between electronic structure, photoelectrocnic properties and the quantum confinement effect, quantum size effect, defects and surface states. The study of first principle calculation, synthesis and fabrication, electronic structure characterization, photo-induced transport properties, quantum efficiency and photocatalytic activity will be performed in detail. Via research of this project, it will give case study for exploring the novel high performance photocatalysis of 2D BiOX compounds, it will rich basic understanding and physic of 2D materials and lay a solid foundation for next generation photocatalysis and eastablish the theoretical model of electronic structure of 2D photocatlysis.

英文关键词: BiOX(X=Cl;Br;I);Surface state;Electronicstructure;Photocatalytic activity;In-situ characterization

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