8月3日，由云南大学物理科学技术学院何垚教授领衔的凝聚态物理科研团队，在自然出版集团（Nature Publishing Group）旗下期刊 Scientific Reports上发表了题为 “The electronic properties of impurities (N, C, F, Cl, and S) in Ag3PO4: A hybrid functional method study”（Scientific Reports 5, 12750）的研究论文，第一作者为云南大学物理科学技术学院博士生黄杨。

二氧化钛(TiO2)由于具有较高的光催化活性，抗光腐蚀性，低成本和无毒，成为催化水分解和氢气产生的非常有前景的光催化剂。然而，TiO2 的禁带宽度(对于锐钛矿约为3.2 eV，对于金红石约为3.0 eV)限制了其光子吸收只能发生在紫外光区域，因而太阳能利用率不到5%。最近的研究发现，立方结构半导体Ag3PO4展现了从水中氧化出O2的超强氧化能力，并且量子产率在可见光下可高达90%，对于大多数不到20%量子产率的光催化剂，Ag3PO4相关性质的研究显得非常有意义。

图1. Ag3PO4平衡生长的化学势稳定区域.

此次发表的论文表明，N替换O(NO)和C替换O(CO)作为受主，引入较深的杂质能级。对于NO,过渡能级(0/-)位于价带顶(VBM)上方0.4 eV；对于CO，过渡能级(0/-)和(0/2-)分别位于价带顶上方1.54 eV，1.39 eV。F替换O(FO)，Cl替换O(ClO)和S替换P(SP)作为施主，引入较浅的杂质能级。FO，ClO引入的过渡能级(0/+)分别位于导带低(CBM)上方0.04 eV和0.14 eV。对于SP，引入的过渡能级(0/+)非常浅（位于CBM下方0.08 eV），其中性缺陷态主要由Ag的s和d轨道，S,O和P的s轨道构成，但其形成能即使是在O-poor的条件下仍然很高，容易被本征缺陷Ag空位(VAg)所补偿，最终导致SP的溶解度非常低，无法通过S掺杂使得Ag3PO4成为n型半导体。以上结果为进一步的实验和理论研究提供了深层次的指导。

图2. 由中性缺陷态创造的波函数平方的空间分布：(a)NO，(b)CO，(c)FO，(d)ClO，(e)SP.

例如，我们最近的研究表明，在以上引入NO的基础上，进一步引入CdAg，可以稳定地形成钝化复合物(NO-CdAg)，那么在没有任何掺杂的Ag3PO4的VBM上方就会产生一个全占据的杂质能级。如果再对此复合物系统进一步掺杂，杂质引入的过渡能级就从新产生的全占据的杂质能级算起，而非初始的没有任何掺杂的Ag3PO4的VBM算起，这样就可以有效地减少杂质引入的过渡能级，增加掺杂物的结合。

物理科学技术学院  供稿

（编辑：马竞欧）