الخصائص الهيكلية والإلكترونية للأكسجين المعيب وطبقة رقيقة من BiVO4(001) المضافة بسيلينيوم لتطبيقات التحفيز الضوئي

يتم استخدام BiVO4 الكلينيكي كونه محفزًا ضوئيًا بسبب استقراره وفعاليته من حيث التكلفة وسهولة تصنيعه وفجوة النطاق الضيقة. على الرغم من أن الحد الأقصى لحزمة التكافؤ، VBM (-6.80 eV مقابل الفراغ) من BiVO4 أقل بكثير من جهد الأكسدة والاختزال للماء، إلا أن الحد الأدنى من حزمة التوصيل الإيجابية، CBM (-4.56 eV مقابل الفراغ)، مسؤول عن كفاءة منخفضة. لقد قمنا بإجراء محاكاة شاملة باستخدام نظرية الكثافة الوظيفية الدورية (DFT) لـ BiVO4 النقي، المعيب بالأكسجين (Ov) والمضاف بسيلينيوم، لتحسين ليس فقط موضع حافة حزمة التوصيل بل أيضًا خصائص التحفيز الضوئي وحامل الشحنة بشكل عام. لقد تمكنت طريقتنا النظرية من إعادة إنتاج البيانات التجريبية لـ BiVO4 النقي بشكل جيد، مما شجعنا على توضيح خصائص Ov والمضاف بسيلينيوم. وقد وُجد أن كلاً من BiVO4 المعيب بالأكسجين (1% من فراغ الأكسجين) والمضاف بسيلينيوم (1-2% سيلينيوم) يمتلكان حواف نطاق مثالية، وفجوات نطاق، وكتل فعالة صغيرة من الإلكترونات والفجوات، مما يجعلها مسؤولة عن الأنشطة التحفيزية الضوئية العالية. علاوة على ذلك، يتصرف BiVO4 المضاف بسيلينيوم كموصل شبه موصل من النوع p. أخيرًا، تم التحقق من سلوك تفكيك الماء بالتحفيز الضوئي للأسطح المختارة مع تفاعل الماء، حيث تؤكد طاقة الامتصاص القوية للماء والتي تبلغ حوالي -38 إلى -50 kcal/mol على كفاءاتها العالية مقارنةً بـ BiVO4 الأصلي.