● 摘要
半导体多相光催化技术在环境污染控制和能源转化领域由于具有能耗低、操作简便、反应条件温和、可减少二次污染等突出的优点，受到了越来越多的重视。其中二氧化钛和氧化锌等光催化剂已被广泛研究，并通过掺杂，表面修饰等方法能有效地提高这些半导体的光催化效率。
P. Dhanasekaran等人发现铁氮化合物γ′-Fe4N材料具有一定的光催化性能。α-Fe2O3作为n型半导体其本身或与其他材料复合可成为有效地光催化剂。Bi的溴氧化合物，包括BiOBr、 Bi3O4Br和Bi24O31Br10这样的BixOyBrz系列材料都被报道过具有可见光光催化性。由于Fe的3d轨道电子和Bi的6s6p轨道电子的存在，较强的自旋轨道对上述三种材料的电子结构有着重要的影响，而目前为止这方面的研究还未见系统报道。我们利用第一性原理的计算研究了自旋轨道耦合对上述材料的电子结构和光催化过程的电子性能的影响及其规律。
我们用DFT的方法计算了γ′-Fe4N材料的电子结构，发现电子分布在自旋向上和自旋向下的独特的不对称性给体系同时带来了磁性和光催化性。这是由于费米能级下降进入Fe的3d轨道中，发生了一个足够大的交换劈裂，其劈裂后带隙刚好只在自旋向上打开，从而实现金属性和半导体性质在微观尺度上的并存。
我们用DFT+U的方法计算非金属P掺杂的α-Fe2O3，发现通过掺杂能使费米能级上升，形成杂质能级，减小体系电子有效质量，降低电子在Fe的3d-3d轨道的跃迁，形成化学键提高光生空穴活性，这些都能明显提高体系的光催化效率。
我们用DFT的方法研究BixOyBrz系列，发现体系随着Bi原子和O原子比例增加，更多的Bi原子能够和O原子形成共价键，使O2p-Bi6p跃迁方式几率增加，提高体系光催化降解罗丹明B的效率。