（凝聚态物理专业论文）基于cuo、cds分子和固体化合物的第一性原理研究.pdf

c o l l e g eo fp h y s i c a ls c i e n c e & t e c hn o l o g y c e n t r a lc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y m a r c h ，2 0 1 1 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：枷帆 日期：力d f f 年r 月z 日 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解华中师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华中师范大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅； 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名：扬帆 日期：汐f f 年岁月王占日 导师签名：仑撅 日期：乃1 1 年r 月日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程中的 规定享受相关权益。回意途塞握交卮溢厦i 旦圭生i 旦二玺；旦三生筮查。 作者签名：枷呻f 1 1 日期：幻l 年j 月2 6 日 摘要 近年来，随着纳米科技的不断发展，纳米半导体材料在电子、催化、传感器以及生物医学 等领域都表现出巨大的应用前景。开发利用新型、高效纳米结构的半导体材料越来越受到人们 的广泛关注。铜氧化物和硫化镉是目前研究较为热门的两大过渡金属半导体。其中，氧化亚铜 ( c u 2 0 ) 是一种p - 型传导的二卜导体材料，具有无毒、无污染和制各简单等优点，同时还具有较 窄的禁带宽度( b = 2 0e v ) ，能够直接吸收太阳光谱中的可见光，拥有较强的可见光响应特性， 因此在半导体及催化领域已经成为研究的热点，被认为是最具潜力的半导体催化材料之一。最 近实验研究发现这类材料能够显现出奇特的磁学性能( 较强的铁磁性或弱的顺磁性) 。同样是以 铜氧化物材料为对象，在和有机材料( 如醋酸) 混合所成的有机一无机层状杂化材料中，碱式 醋酸铜也表现出了较为奇特的磁学性质。但是，这种磁性变化的具体原因目前仍然没有得到较 好的解释。另外，传统的一族半导体硫化镉( c d s ) 与c u 2 0 类似，具有2 4e v 的禁带宽度。 其导带电子具有较强的还原特性，从而在可见光分解水制氢以及c o ：还原等方面都具有较好的 应用潜力。然而，c d s 却由于较低的光量子效率以及光腐蚀现象而不能得到广泛虑用，因此， 必须对c d s 材料进行改性研究。 本论文以铜氧化物和硫化镉化合物作为研究对象，对不同维度的新材料( 固体、表面、纳 米管、分子、团簇) 进行了第一性原理研究。研究的主要内容包括几何构型、电子结构、自旋 拓扑，磁学性质以及光催化等方面。本论文通过建立合理的物理化学模型，从电子层次出发研 究材料结构和性能间的关系，从而揭示材料物理化学特性、以实现新型纳米材料的设计。具体 的研究工作以及本论文的设计主要包括以下几个方面： 1 研究了碱式醋酸铜( c u 2 ( o h ) 3 ( c h 3 c o o ) h 2 0 ) 的结构和磁学特性。 c u 2 ( o h ) 3 ( c h 3 c o o ) h 2 0 这类有机一无机层状杂化材料结构的确定一直以来都是实验研究的难 点。本章通过第一性原理分子动力学的方法，采用动力学退火算法探究了 c u 2 ( o h ) 3 ( c h 3 c o o ) h 2 0 的稳态结构。在体系总自旋s = 0 时，可以得到原子坐标非常接近的大 量稳态结构，这些稳态结构在过渡金属层内有着不同的局域自旋拓扑分布。其中约有2 0 稳态 结构的过渡金属层内( i n - p l a n e ) 可显铁磁特性，这种铁磁特性和实验室研究相一致。局域电子 分布( e l f ) 显示体系中的原子和分子基团( c u 2 ( o h ) 3 ( c h 3 c o o ) - ，o h - 和h 2 0 ) 能够和局域电 子分布区域相吻合，它们之间通过非共价相互作用进行结合。另外，还研究了在o 原子上出现 的部分自旋极化现象和其周围近邻c u 原子磁性之间的关系。 2 探讨了c u 。q 团簇的结构、稳定性以及磁学特性。最新实验研究发现纳米c u 2 0 颗粒材 料能够显现出奇特的铁磁性或顺磁性，这种特性将极大的有利于纳米c u 2 0 颗粒催化材料在水 溶液中的回收再利用。本论文用第一性原理方法对这种奇特的磁学性质做了详细的理论研究。 采用了密度泛函理论结合广义梯度近似加h u b b a r du 的方法对一系列c n “m ，n ) = ( 4 ，1 ) ；( 4 ， 2 ) ；( 4 ，5 ) ；( 1 6 ，1 5 ) ；( 2 8 ，1 5 ) ；( 4 4 ，1 5 ) ；( 2 s ，2 7 ) ) 团簇进行了结构和电子结构的模拟计算。发现对于 块体c u 2 0 材料，g g a 和g g a + u 方法给出了类似的计算结果，j 、团簇c 瓯( ( m ，n ) = ( 4 ，1 ) ；( 4 ， 2 ) ；( 4 ，5 ) ) 的几何结构都倾向于形成二二维平面状；大团簇c u 埘o n ( ( m ，n ) = ( 1 6 ，1 5 ) ；( 2 8 ，1 5 ) ；( 4 4 ，1 5 ) ； ( 2 8 ，2 7 ) ) 结构中的。原子倾向于成为团簇的最外层原子；计算结果表明团簇的结构、稳定性和 磁性与团簇中o 原子浓度含量密切相关，o 浓度含量不同的团簇可以表现出截然不同的特性。 为此对团簇进行了分类：第一类是。原子浓度含量高的团簇，如c u 4 0 5 ，c u l 6 0 1 5 和c u 2 8 0 2 7 。 另一类是。原子浓度含量低的团簇，如c u 4 0 ，c u 4 0 2 ，c u 2 8 0 1 5 和c u 4 4 0 1 5 0 另外，还研究了氢化 对团簇的稳定性和磁性的影响。该研究结果将有利于促进纳米c u 2 0 材料在半导体及催化领域 更好的广泛应用。 3 考察了c d s 小团簇( 单体、二聚体) 在石墨烯、( 5 ，5 ) 以及( 3 ，3 ) 碳纳米管表面的 吸附行为。实验室已有大量关于c d s 纳米颗粒均匀分布于c n t s 表面的复合材料的研究，但是， c d s 和碳纳米管之间本质的界面相互作用性质到目前为j ：仍然没有定论。本论文采用了密度泛 函理论首先对单个s 原子和c d 原子在这三个基底表面不同高对称位置上的吸附行为进行了研 究计算，发现s 原子在碳材料表面的吸附行为相比c d 原子更加依赖于碳材料的表面曲率，c d 原子在表面上的吸附能很小，不超过0 2e v 。s 原子和c d 原子在表面上的这种不同的吸附行为 同时影响了c d s 团簇的吸附。计算结果显示c d s 团簇倾向于吸附在表面桥b r i d g e 位置附近， c d s 团簇尺寸越小c 材料表面曲率半径越大，则复合材料体系越稳定。另外，还研究了复合前 后材料的电子结构变化，如c n t s 的费米能级和能量带隙变化；c d s 和表面间的电荷转移等。 由此，计算很好的解释了c d s 团簇的吸附行为。通过理论方法对c d s 和碳纳米管之间的界面相 互作用性质的详细研究将有利于c d s c n t s 复合材料在催化和相关领域的应用。 4 研究了掺杂对c d s 光电化学活性的改善。通过第一性原理的方法分别考查了元素周期表 中c d 原子周嗣a g 、c u 、z n 、g a 、i n 五种金属元素单掺杂下，c d s 结构和能带结构的变化。 在总结分析单掺杂下c d s 能带结构变化规律的基础上，设计并研究y ( c u + a 曲、( a g + i n ) 和( c u + i n ) 共掺杂对c d s 结构和能带结构的影响，并从能带论出发对不同掺杂c d s 体系的光电化学 活性，特别是光分解水制氢能力，作出了理论预测分析。另外，还分别研究了掺杂量( 单掺杂 z n 和( c u + i n ) 共参杂) 对c d s 光电化学活性的影响。所得结果已经应用于实验室研究，并 且能够较好的改善c d s 的光电化学活性，提高c d s 材料在催化等领域的应用潜力。 关键词：铜氧化物：c d s ；团簇；固态化合物；第一性原理：结构特性；电子结构：磁性； 光催化； a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a n o t e c h n o l o g y , t h ee x p l o r a t i o na n du t i l i z a t i o no fn o v e l ， h i 曲l ye f f i c i e n tn a n o s t r u e t u r e ds e m i c o n d u c t o rm a t e r i a l sh a v ea t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n n a n o s t r u c t u r e ds e m i c o n d u c t o rm a t e r i a l sh a v eg r e a tp o t e n t i a la p p l i c a t i o n si nt h ea r e a so fe l e c t r o n i c s , c a t a l y s i s ，s e n s o r s ，b i o m e d i c a la n ds oo n t w ok i n d so ft r a n s i t i o nm e t a ls e m i c o n d u c t o rm a t e r i a l s c o p p e ro x i d ea n dc a d m i u m s u l f i d ea r ep o p u l a ra n dw i l d l ys t u d i e d e s p e c i a l l y , c u p r o u so x i d e ( c u 2 0 ) i s ap - t y p es e m i c o n d u c t o rm a t e r i a lw i t hn a r r o wb a n dg a p ( e g22 0e v ) ，w h i c hc a nd i r e c t l ya b s o r b v i s i b l el i g h t b e c a u s eo fn o n - t o x i c ，p o l l u t i o n - f r e e ，a n ds i m p l ep r e p a r a t i o n ，i th a sb e e nw e l ls t u d i e di n t h es e m i c o n d u c t o ra n dc a t a l y t i cd o m a i n r e c e n t l y , e x p e r i m e n t a ls t u d i e sh a v ef o u n dt h a tt h e s e m a t e r i a l sc a ns u r p r i s i n g l ys h o wf e r r o m a g n e t i co rp a r a m a g n e t i cp r o p e r t i e s b e s i d e s ，h y b r i d o r g a n i c - i n o r g a n i cm a t e r i a l sc o p p e rh y d r o x i d ea c e t a t ec u 2 ( o h ) 3 ( c h 3 c o o ) 。h 2 0 ，w h i c hi sm a i n l y m a d eo fc o p p e ro x i d ea n do r g a n i cm a t e r i a l ( s u c ha sa c e t i ca c i d ) ，h a ss h o w na nu n u s u a lm a g n e t i c p r o p e r t i e s h o w e v e r , t h e s es p e c i a lm a g n e t i cp r o p e r t i e sh a v en o tb e e nw e l le x p l a i n e d i na d d i t i o n ， c a d m i u ms u l f i d e ( c d s ) ，w h i c hb e l o n g st ot h ef a m i l yo ft r a d i t i o n a li i 一s e m i c o n d u c t o r , h a sab a n d g a po f2 4e v d u et oi t sh i i g hr e d o xo fc o n d u c t i o nb a n d , i th a sb e e nr e g a r d e da sa ne f f e c t i v e p h o t o e a t a l y s tf o rw a t e rs p l i t t i n ga n dc 0 2r e d u c t i o nu n d e rv la n dc a nb eu s e di nm a n yo t h e ra r e a s h o w e v e r , t h ep o o rq u a n t u me f f i c i e n c ya n da n t i p h o t o c o r r o s i v ep r o p e r t yi n h i b i tt h ew i d ea p p l i c a t i o no f c d s t h e r e f o r e ，ag r e a tn u m b e ro fi n v e s t i g a t i o n sa r ed e d i c a t e do nt h ei m p r o v e m e n to fi t sp r o p e r t i e s i nt h i st h e s i s ，c o p p e ro x i d ea n dc a d m i u ms u l f i d ec o m p o u n dh a v eb e e nc o n s i s d e r e da st w om a i n r e s e a r c ho b j e c t s w eh a v ei n v e s t i g a t e dt h et w om a t e r i a l s g e o m e t r y , e l e c t r o n i cs t r u c t u r e ，s p i nt o p o l o g y , m a g n e t i cp r o p e r t i e s ，p h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t ya n ds oo nb yf i r s t - p r i n c i p l e s ，w i t hw h i c hm a n yo fn e w m a t e r i a l sw i t hd i f f e r e n td i m e n s i o n s ( s o l i d ，m o l e c u l e sa n dc l u s t e r s ) w e r es t u d i e d b a s e do nr e a s o n a b l e p h y s i c a la n dc h e m i c a lm o d e l s ，w ed e v o t e dt ot h ei n v e s t i g a t i o no ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r u c t u r e a n dn a t i v ee l e c t r o n i cp r o p e r t i e so ft h em a t e r i a l s ，w h i c hw i l ls h e dl i g h to nu n d e r s t a n d i n gt h ep h y s i c a l a n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fm a t e r i a l sa n dt h u sb e n e f i tt h ed e s i g no fn o v e la n dh i g h l ye f f i c i e n t n a n o s t r u c t u r e dm a t e r i a l s t h ed e t a i lr e s e a r c hw o r k sa r ea sf o l l o w s 1 b yu s i n gd e n s i t y - f u n c t i o n a lt h e o r yi nt h ef r a m e w o r ko ff i r s t - p r i n c i p l e sm o l e c u l a rd y n a m i c s ， w ec a r r yo u tad y n a m i c a la n n e a l i n gt oi d e n t i f yt h es t a b l es t r u c t u r e so fc o p p e rh y d r o x i d ea c e t a t e c u 2 ( o h ) a ( c h 3 c o o ) h 2 0 ，af u n d a m e n t a lc o m p o u n di nt h ef i e l do fh y b r i do r g a n i c - i n o r g a n i cm a t e r i a l s ， f o rw h i c ha c c u r a t ec r y s t a l l o g r a p h i cd a t aa l en o ta v a i l a b l e f o rt h et o t a ls p i nv a l u es20 ，w eo b t a i na l a r g es e to fs t a b l es t r u c t u r e sh a v i n gv e r yc l o s es e t so fc o o r d i n a t e sa n dd i f f e r i n gi nt h es p a t i a l d i s t r i b u t i o no ft h es p i nd e n s i t i e s o n l ys o m eo ft h e s es t r u c t u r e s ( - 2 0 呦f e a t u r es p i nt o p o l o g i e s c o n s i s t e n tw i t ht h e i n p l a n ef e r r o m a g n e t i c c h a r a c t e re x p e r i m e n t a l l ye s t a b l i s h e d a ne l e c t r o n l o c a l i z a t i o na n a l y s i st h r o u g ht h ee l e c t r o nl o c a l i z a t i o nf u n c t i o ne l fs h o w st h a tt h ed i f f e r e n ta t o m i c a n dm o l e c u l a ru n i t sc o m p o s i n gt h es y s t e m s ( c u 2 ( o h ) 3 ( c h 3 c o o ) - , o h a n dh 2 0 ) c 锄b ea s s o c i a t e d w i t hd i f f e r e n tl o c a l i z a t i o nb a s i n sa n dc o n n e c tt oe a c ho t h e rt h r o u g hn o n - c o v a l e n ti n t e r a c t i o n s t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea p p e a r a n c eo fs i z e a b l es p i nd e n s i t i e so ns p e c i f i c0 a t o m sa n dt h em a g n i t u d e o ft h es p i nd e n s i t i e so nt h en e i g h b o r i n gc ua t o m si sa l s od i s c u s s e d 2 e x p e r i m e n t a le v i d e n c es h o w st h a ts m a l lc u 2 0n a n o p a r t i c l e s e x h i b i tf e r r o m a g n e t i co r p a r a m a g n e t i cp r o p e r t i e s ，w h i c hd e m o n s t r a t e st h ep r o m i s i n gp o s s i b i l i t yt or e c y c l ec a t a l y s tc u 2 0e a s i l y i nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t s o ，t h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o nh a sb e e np e r f o r m e dt os t u d yt h em a g n e t i c p r o p e r t yo fc o p p e r o x i d ec l u s t e r sf u r t h e r t h a ti s ，t h es t r u c t u r a la n de l e c t r o n i cp r o p e r t i e so fa s e r i e so f c u ，o ( ( m ，n ) = ( 4 ，1 ) ；( 4 ，2 ) ；( 4 ，5 ) ；( 1 6 ，1 5 ) ；( 2 8 ，1 5 ) ；( 4 4 ，1 5 ) ；( 2 8 ，2 7 ”c l u s t e r sw e r ei n v e s t i g a t e d b yu s i n gg e n e r a l i z e dg r a d i e n ta p p r o x i m a t i o n ( g g a ) a n dh u b b a r du m e t h o dw i t h i nd e n s i t yf u n c t i o n a l t h e o r y ( d f t ) i ti sf o u n dt h a tt h ee l e c t r o n i cs t r u c t u r e so fb u l kc u 2 0c a l c u l a t e db yt h eg g a a n d g g a + ua r es i m i l a r t h es t r u c t u r e so fc u 卅o n ( ( m ，n ) = ( 4 ，1 ) ；( 4 ，2 ) ；( 4 ，5 ) ) a t ea l lp l a n a r f o rt h e b u l k - p r o d u c tc o 。( ( m ，n ) = ( 16 ，15 ) ；( 2 8 ，15 ) ；( 4 4 ，l5 ) ；( 2 8 ，2 7 ) ) ，0a t o m sp r e f e rt ob et h eo u t m o s t a t o m s w ec l a s s i f i e dt w ot y p e so f c l u s t e r sb a s e do nt h e i r0t oc ua t o m i cr a t i o s o n ei s0 一r i c hc l u s t e r s ， i e c u 4 0 s ，c u l 6 0 l sa n dc u 2 8 0 2 7 t h eo t h e ri so - p o o rc l u s t e r s ，i e c u 4 0 ，c u 4 0 2 ，c u 2 s o l sa n dc u “0 1 5 t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h eo - r i c hc l u s t e r s ( c u 4 0 s ，c u l 6 0 j 5a n dc u 2 9 0 2 7 ) h a v el o n g e r a v e r a g ec u - c ub o n d sa n dl a r g e rb i n d i n ge n e r g yt h a nt h o s eo f t h eo - p o o ro n e s m o r ei n t e r e s t i n g l y , t h e f o r m e ra r em a g n e t i ca n dg i v ef e r r o m a g n e t i co r d e r i n gw h i l et h el a t t e ra r en o n - m a g n e t i c t h e h y d r o g e n a t i o no fo - t e r m i n a t e dc l u s t e r sc a ni m p r o v ei t ss t a b i l i t yw h e r e a sd e p r e s si t sm a g n e t i s m t h e s t u d ym a yb ee x t r e m e l yu s e f u lf o rt h ep o t e n t i a la p p l i c a t i o n so fc u 2 0n a n o p a t i c l e si nc a t a l y s i sa n d s e m i c o n d u c t o rf i e l d 3 t h ea d s o r p t i o no fm o n o m e ra n dd i m e rc d sc l u s t e r so ng r a p h e n e ，( 3 ，3 ) a n d ( 5 ，5 ) s i n g l e - w a l l e dc a r b o nn a n o t u b e s a r ei n v e s t i g a t e db yd e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y w ef i r s t l yc a l c u l a t e dt h e a d s o r b e dp r o p e r t i e so fs i n g l esa n dc da t o m s i ti sf o u n dt h a tt h ea d s o r p t i o ne n e r g yo fs i n g l ess h o w s s t r o n g e rd e p e n d e n c eo ns u b s t r a t ec u r v a t u r et h a nc d t h ea d s o r p t i o ne n e r g i e s f o rc do nd i f f e r e n t s u b s t r a t e sa r en om o r et h a n0 2e v o u rr e s u l t ss h o wt h a tt h ed i f f e r e n ta d s o r p t i o nb e h a v i o r o fs i n g l es a n dc da t o m si m p a c t so na d s o r p t i o no fc d sc l u s t e r s f o rc 如& c l u s t e r , t h e i ra d s o r p t i o nb e h a v i o r r e l i e so nt h ei n t e r a c t i o no fs ，c da n dcs u r f a c e t h ec l u s t e r 谢t 1 1s m a l ls i z ea n dcs u r f a c ew i t hs m a l l r a d i u sl e a d st oh i i g hs t a b i l i t yf o rc o m p o s i t es y s t e m s m a x i m u ms t a b i l i t yi se n c o u n t e r e df o rb r i d g es i t e o fc 如s no ns u b s t r a t e s t h ea d s o r p t i o nb e h a v i o ro fc 山勘c l u s t e rc a nb ef u r t h e re x p l a i n e db yo r b i t a l h y b r i d i z a t i o nb e t w e e nc l u s t e ra n ds u b s t r a t e s ，w h i c hs h o w s t h el o w e rf e r m il e v e lo fc n t s ，c h a r g e s d o c t o r a l d i s s t r a n s f e rf r o mc n t st oc l u s t e ra n das m a l lb a n dg a pa p p e a r sf o rc n ti nt h em o s ts t a b l ec o m p o s i t e s y s t e m s t h i ss t u d yi se x t r e m e l yh e p f u lf o ru n d e r s t a n d i n ga n dp r o m o t i n ga p p l i c a t i o n so fc d s c n t s c o m p o s i t es y s t e mi nc a t a l y s i sa n d o t h e ra r e a s 4 w ed e v o t e dt od e s i g no fh i g h l yp h o t o e c l e c t r o c h e m i c a la c t i v i t yc d sb ym e t a l l i cd o p i n g a p p r o a c h f i r s t - p r i n c i p l e sd e n s i t y - f u n c t i o n a lt h e o r yw a sp e r f o r m e dt oi n v e s t i g a t et h ea t o m i cs t r u c t u r e s a n de l e c t r o n i cp r o p e r t i e so fd o p a n tc o m p l e x e si n v o l v i n gc u , a g , z n ，g a , i ni nw u r t z i t ec d s b a s e do n t h em o n d o p i n gc a l c u l a t e dr e s u l t s ，w ee x a m i n e dc o d o p i n go f ( c u + a g ) ，( a g + l n ) a n d ( c u + l n ) f o rc d s t h ep h o t o e l e c t r o c h e m i c a la c t i v i t yo fd o p e dc d ss y s t e m sw e r ea n a l y z e d i ti sf o u n dt h a tm o n d o p i n g o f z na n dg ac a nl o w e rt h ev bo f c d si na g r e a td e a l ，i m p l y i n gg o o dc a t a l y t i ca c t i v i t yo f z n - a n dg a - m o n o d o p e dc d s f o rt h ed e g e n e r a t i o no fo r g a n i co b j e c t f u r t h e rm o r e ，( c u + a 曲a n d ( c u + l n ) c o d o p i n g m a yi m p r o v et h ep h o t o e c l e c t r o e h e m i c a la c t i v i t yf o rh 2p r o d u c t i o nf r o mw a t e rs p l i t t i n gu n d e rv l i n a d d i t i o n ，t h ee f f e c to fd o p i n gc o n c e n t r a t i o n ( i n c l u d em o d o p i n gz n ，a n dc o d o p i n g ( c u + i n ) ) o nc d s p h o t o e l e c t r o c h e m i c a la c t i v i t yw e r ea l s oe x a m i n e dt h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a l l y t h ei m p r o v e dh i g h p h o t o e l e c t r o c h e m i c a la c t i v i t yo fc d sh a v eb e e no b t a i n e d s o ，t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t sc a nb eu s e dt o g u i d et h ed e s i g na n dp r e p a r a t i o no f n o v e lp h o t o e a t a l y s t sb a s e do nc d so ro t h e rs e m i c o n d u c t o r s k e yw o r d s ：c u o ；c d s ；c l u s t e r ；s o l i dc o m p o u n d ；f i r s tp r i n c p l e s ；s t r u c t u r a lp r