铋钒酸盐多晶相中极化子的第一性原理研究

《The Journal of Physical Chemistry C》：First-Principles Study of Polarons in Multiple Crystal Phases of Bismuth Vanadate

本研究系统探究BiVO4单斜、四方钛型和四方钙钛矿相中电子-空穴激子行为，发现电子激子均为Holstein型，空穴激子为Fr?hlich型，迁移率差异源于声子散射强度及介电张量与Born有效电荷的微观调控机制，为优化光催化材料性能提供理论支撑。

　　

钒酸铋（BiVO₄）是一种具有多种晶体相的光催化剂，其性能受到载流子（极化子）行为的显著影响。尽管单斜相BiVO₄中的极化子已得到广泛研究，但对其主要晶体相（包括单斜晶型的钒酸铋、四方晶型的锆石型以及另一种四方晶型的钒酸铋）中极化子行为的深入理解对于优化光催化效率至关重要。本研究通过第一性原理计算系统地研究了这三种BiVO₄相中的电子极化子和空穴极化子。我们发现它们的特性存在明显差异：在所有三种晶体结构中，电子极化子均为Holstein型，而空穴极化子均为Fr?hlich型。分析表明，尽管所有相中的空穴都会被能量约为30 meV的纵向光学声子散射，但散射强度的不同导致了空穴迁移率的不同。通过分析介电张量和玻恩有效电荷，我们阐明了这些迁移率差异的微观起源。这项工作揭示了晶体结构调节极化子特性的机制，为设计高效基于BiVO₄的光功能材料提供了重要的理论指导。