无序度与氧空位对锌铁尖晶石能带结构调控研究
尖晶石型矿物广泛分布于地球表生环境中,其阳离子种类与配位结构的多样性使其具有不同的物化性质.本研究通过高温固相合成法制备了一系列锌铁尖晶石样品((Zn1-xFex)”ZnxFe2-x”O4),反转系数x=0、0.03、0.06、0.15和0.20.通过X射线衍射结构精修、X射线吸收谱和拉曼光谱的研究手段证实,随着x的增加,晶体无序度提高,表现为四面体中的Zn与八面体中的Fe发生互换,晶胞参数由8.4407(A)减小至8.4320(A),逐渐出现的”ZnO6”与”FeO4”配位多面体在299～317cm-1(F2g2)、482～484cm-1(F2g3)和690～696cm-1(A1g)三处形成新的拉曼振动峰.基于第一性原理的能带结构计算证实，锌铁尖晶石趋于无序时，Zn的3d轨道逐渐引入导带底从而降低导带的能量，引起禁带宽度的减小;氧空位的引入则在禁带中形成至少两处由Fe的3d轨道形成的杂质能级。在光催化实验中，无序度高和有氧空位的锌铁尖晶石样品(x=0.20)在相同条件下产生轻自由基的浓度是正锌铁尖晶石样品(x=0)的7.6倍，归结于前者较强的光吸收能力、更多的表面轻基吸附量和氧空位浓度对光生电子的捕获，充分显示了无序度与氧空位对锌铁尖晶石半导体光催化性能的影响。本研究揭示了尖晶石族矿物无序度与氧空位对其能带结构调控的规律，为理解地表天然矿物对日光的吸收和转换具有一定的参考意义。
锌铁尖晶石 高温固相合成 能带结构 无序度 氧空位 光学性能
黎晏彰 李艳 许晓明 丁聪 陈宁 丁竑瑞 鲁安怀
北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室,矿物环境功能北京市重点实验室,地球与空间科学学院,北京100871 加拿大光源,萨斯卡通S7N 2V3
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2019-04-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）