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通过抑制 Bi3+ 的孤电子对活性来缩小带隙
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2024-02-23 , DOI: 10.1021/jacs.4c00150
Kanta Ogawa 1 , Ryu Abe 2 , Aron Walsh 1
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具有孤对（ ns 2 n p 0 ）电子构型的后过渡金属阳离子（例如Pb 2+和Bi 3+ ）是太阳能转换材料的重要组成部分。与 NH 3等分子一样，孤对电子在晶体中通常具有立体化学活性，与这些阳离子的配位环境扭曲有关。在本研究中，我们证明受抑制的孤对立体化学活性可以用作增强可见光吸收的工具。基于轨道相互作用模型，我们预测阳离子的中心对称环境限制了与阴离子的轨道相互作用，使孤对电子失活并缩小带隙。考虑到其相似的离子半径和孤对电子的缺失，高对称性的Bi 3+位点通过与Y 3+ 的等价取代来实现。通过对 Y-O 化合物配位环境的调查，四元光催化剂 Bi 2 YO 4 X 被选为 Bi 取代的候选材料。正如理论预测和实验证实的那样，将Bi 3+引入到Bi 2 YO 4 X 中未扭曲的Y 3+位点导致带隙变窄。位点对称工程控制的轨道相互作用为进一步开发用于光电应用的后过渡金属化合物提供了途径。
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