[发明专利]纳米金属氧化物光致产生活性氧物种的预测方法

权利要求书

1.一种纳米金属氧化物光致产生活性氧物种的预测方法，其特征在于，步骤如下：

首先，构建金属氧化物的原胞结构，优化原胞结构，计算金属氧化物的能带参数；

构建金属氧化物的原胞结构，再对原胞结构进行几何优化；几何优化后，对比原胞结构的晶格常数计算值与实验值，将相对误差控制在5％以内；采用杂化泛函计算金属氧化物的能带参数；

计算能隙值与实验能隙值拟合结果如下：

E_g(Exp.)＝1.189E_g(Cal.)+0.005，r²＝0.954(1)

其中，E_g(Exp.)代表实验能隙值，E_g(Cal.)代表计算能隙值；将金属氧化物的计算能隙值代入拟合关系式(1)进行进一步校正；

根据公式(2)计算出金属氧化物的导带底E_C和价带顶E_V：

其中，E_C代表导带底，E_V代表价带顶，χ_oxide代表金属氧化物的电负性，PZZP代表金属氧化物的Zeta电位；

其次，利用Brus公式，建立纳米金属氧化物E_g(R)、E_C(R)、E_V(R)与粒径R的定量关系：

E_g(R)为纳米颗粒的能隙值，eV；

E_C(R)为纳米颗粒的导带底，eV；

E_V(R)为纳米颗粒的价带顶，eV；

R为纳米颗粒半径，nm；

E_g(R＝∞)为体相材料的能隙值，eV；

E_C(R＝∞)为体相材料的导带底，eV；

E_V(R＝∞)为体相材料的价带顶，eV；

h为普朗克常数，6.62606896×10^-34J·s；

为纳米颗粒的折合质量，和分别为电子和空穴的有效质量；

中，约化普朗克常量，为导带底处的二阶导数；

中，为价带顶处的二阶导数；

最后，以绝对真空电极作为参比，通过比较能带参数与生成活性氧物种所需的氧化还原电位，预测纳米金属氧化物在水相中光致产生活性氧物种的种类；在水溶液中：(i)溶解氧/超氧阴离子电对O₂/O₂^·-的氧化还原电位是-4.30eV，当纳米金属氧化物光生电子的电位大于-4.30eV时，体系将O₂还原为O₂^·-；(ii)水/过氧化氢电对H₂O/H₂O₂的氧化还原电位是-6.28eV，当纳米金属氧化物光生空穴的电位小于-6.28eV时，体系将H₂O氧化为H₂O₂；(iii)水/羟基自由基电对H₂O/·OH的氧化还原电位是-7.04eV，氢氧根离子/羟基自由基电对OH^-/·OH的氧化还原电位是-7.35eV，当纳米金属氧化物光生空穴的电位小于-7.04eV和-7.35eV时，体系分别将H₂O氧化为·OH，将OH^-氧化为·OH；(iiii)单线态氧/溶解氧电对¹O₂/O₂的氧化还原电位是-6.70eV，单线态氧/超氧阴离子电对¹O₂/O₂^·-的氧化还原电位是-5.47eV，说明纳米金属氧化物光生空穴的电位小于-6.70eV和-5.47eV时，体系中分别将O₂氧化为¹O₂，将O₂^·-氧化为¹O₂；此外，当纳米金属氧化物的E_g大于0.97eV时，纳米金属氧化物也产生¹O₂；基于以上的判断标准，结合Brus公式建立的能带参数与粒径的关系，即预测不同晶型、不同粒径纳米金属氧化物在水相中光致产生活性氧物种的种类。

2.根据权利要求1所述的一种纳米金属氧化物光致产生活性氧物种的预测方法，其特征在于，所述的纳米金属氧化物包括不同晶型的二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铈、氧化亚铜、二氧化锗、氧化镧、氧化镁、氧化锡、氧化锌及氧化锆等半导体纳米金属氧化物。