[發明專利]一種篩選高效AB2

在審

• 申請號: 202110233086.2
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112786123A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 劉冬艷;孫世能;李端陽;寧園
• 申請（專利權）人: 沈陽大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.本發明提供了一種篩選高效AB₂O₄型尖晶石光催化材料的理論方法，構建尖晶石的幾何結構模型，對其進行充分的結構弛豫，并通過形成焓的計算分析其熱力學的穩定性，計算其電子和光吸收特性，得出尖晶石的禁帶寬度、帶邊位置、光吸收系數，利用光催化材料設計理論，分析比較不同尖晶石型材料的帶隙寬度、帶邊位置及光吸收系數，進而從理論上篩選出優異的尖晶石型光催化材料，所述方法的實施方式分以下3步：

（1）模型構建

在元素周期表中選取多種元素，利用尖晶石型半導體晶格骨架，采用元素置換法，構建尖晶石模型，借助VESTA軟件檢驗模型合理性；

（2）計算模擬

a. 結構優化

選取合適的贗勢文件，設置好.in輸入文件，利用Quantum Espresso軟件將步驟1中得到的模型進行充分的結構弛豫，最終得到各模型基態的結構數據，以備用于下一步靜態自洽計算（scf）的輸入文件中；

b. 靜態自洽計算

進行靜態自洽計算，生成各體系的波函數及電荷密度數據文件，并得到基態下尖晶石模型的能量數據，并計算尖晶石內各組成元素在其單質態下的能量；

c. 電子性質及光吸收系數的計算

在上一步靜態自洽的基礎上，利用得到的電荷密度及波函數文件，修改輸入文件參數，研究尖晶石的電子性質及光吸收性質，分別依次進行電子態密度、能帶結構和光吸收性質的計算；

（3）結果處理與分析

a.通過VESTA軟件可視化充分弛豫后的尖晶石的基態結構，分析其結構特征，檢驗結構合理性；

b.提取自洽計算步驟中尖晶石及其內部組成元素對應的能量，利用形成焓計算公式，計算其形成焓，分析其熱力學穩定性；

c.繪制電荷密度圖、分波態密度圖、能帶結構圖，分析其內部電子結構特征，分析內部組分與電子性質間的構效關系；

d.光學性質分析，繪制尖晶石型半導體的光吸收系數圖譜；

e.對比不同尖晶石的能帶結構及光吸收系數，篩選出潛在的穩定高效尖晶石型光催化材料，從而指導實驗設計，縮短新型尖晶石型光催化材料的研發周期。

2.根據權利要求1所述的一種篩選高效AB₂O₄型尖晶石半導體光催化材料的理論方法，其特征在于計算軟件為Quantum Espresso。

3.根據權利要求1所述的一種篩選高效AB₂O₄型尖晶石半導體光催化材料的理論方法，其特征為步驟（1）中所構建的尖晶石結構模型為含有56個原子的單胞模型。

4.根據權利要求1所述的一種篩選高效AB₂O₄型尖晶石半導體光催化材料的理論方法，其特征在于計算流程為首先結構弛豫，隨后靜態自洽計算，然后在生成的波函數和電荷密度數據文件的基礎上，進行分波態密度、能帶結構及光吸收系數的計算。

5.根據權利要求1所述的一種篩選高效AB₂O₄型尖晶石半導體光催化材料的理論方法，其特征在于交換關聯泛函采用廣義梯度近似框架(generalized gradientapproximation,GGA)中的Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)方法，在結構弛豫步驟中，平面波截斷能為35 Ry，離子步的能量收斂標準為1.0×10^-5 Ha，倒空間中K點網格密度取為5×5×5。

6.根據權利要求1所述的一種篩選高效AB₂O₄型尖晶石半導體光催化材料的理論方法，其特征在于在步驟（2）中采用GGA+U方法進行電子結構及光吸收性質計算。

7.根據權利要求1所述的一種篩選高效AB₂O₄型尖晶石半導體光催化材料的理論方法，其中計算能帶結構過程中倒空間的K點采用Line模式，具體設置為沿高對稱點Г-L-X-W-K-Г的Line模式。