DFT исследование гибридной структуры BaTiO3/g-C3N4

Аннотация

Аннотация. В последнее десятилетия графитовый нитрид углерода (g-C₃N₄), являющееся биметаллическим полимерным органическим полупроводником с три-s-триазиновыми звеньями, за счет оптимальных фотокаталитических свойств и уникальных характеристик, такие как подходящая зонная структура, активность поглощения видимого света и высокая химическая и термическая стабильность является перспективной темой для исследований. Однако фотокаталитическая эффективность чистого g-C₃N₄ из-за высокой скорости рекомбинации фотогенерированных зарядов, недостаточного поглощения света и малой удельной площади поверхности ограничивает его применение в фотокаталитических системах. Комбинация графитового нитрида углерода с перовскитами дает хорошую возможность скорректировать эти недостатки.  В данном исследовании рассматривалась теоретическое моделирование гибридной структуры g-C₃N₄/BaTiO₃. Из кубической фазы титаната бария была создана (100) поверхность. Для (100) поверхностей BaTiO₃ было выявлено, что более термодинамически выгодным является TiO₂-терминированная поверхность. Исследовалось процесс релаксации гибридной структуры. Разработанный интерфейс является термодинамической стабильной, что дает предпосылки для дальнейшего его применения для фотогенерации энергии в различных процессах на основе окислительно-восстановительных реакций.  Расчетами выявленная  термодинамическую стабильность нанокомпозита  BaTiO₃/g-C₃N₄ можно объяснить взаимодействием наночастиц BaTiO₃ с g-C₃N₄ через связь Ti-N, уменьшением ширины запрещенной зоны за счет введения гибридизованных состояний, приводящих к увеличению поглощения в видимом диапазоне, и большой площадью поверхности, которая обеспечивает больше активных центров для эффективного поглощения света.