由于计算量子领域快速发展，化学家能够更简单方便的对半导体光催化剂的电子性质进行计算，但是这些得到的相关计算结果有时候和实验结果并不吻合。京都大学Ryu Abe，大阪大学Akinori Saeki等考察了PbBiO₂Cl和SrBiO₂Cl材料中载流子的有效质量、通过时间分辨微波导电实验得到的瞬态准光导电性（TRMC）最大值（φΣμ_MAX）和光催化活性之间的关系。计算化学结果显示，Sr_xPb_1-xBiO₂Cl材料中当x增加时，产氧气活性和φΣμ_MAX降低，这个结果和有效质量的趋势相同。

文章要点：

（1）催化剂的合成。通过SrCO₃、PbO、BiOCl作为原料合成Sr_xPb_1-xBiO₂Cl（x=0, 0.02, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1），将SrCO₃先在573 K中处理30 min，随后将不同组成的三种原料在973 K中空气气氛中煅烧20 h。

         UVVIS结果显示，当x的值增加时，Sr的含量增加，吸收带边蓝移，由500 nm移动到350 nm。在260 nm激光照射中进行TRMC测试，发现SrBiO₂Cl的φΣμ_MAX是PbBiO₂Cl的10倍，这个变化明显高于有效质量变化情况（2~3倍增加）。作者认为其中的原因包括：激子结合能的变化，PbBiO₂Cl的激子结合能较小，从而载流子生成产量提高；当Sr的量增加，晶体的大小缩小，较小的晶体对光催化性能有较大影响。光催化反应（OER）测试结果显示，PbBiO₂Cl的产氧速率为11.6 μmol h^-1，Sr_0.2Pb_0.8BiO₂Cl的产氧速率为5.8 μmol h^-1，这个变化过程符合预期结果。并且，产氧的速率变化效果低于φΣμ_MAX，这是由于催化剂的界面作用非常重要。

（2）DFT计算结果显示，Pb的轨道在降低PbBiO₂Cl的电子和空穴有效质量上起到重要作用，低温的TRMC测试结果显示，中子散射过程导致能带改变，并能够解释φΣμ_MAX和(m*_avg)^-1之间的关系。

参考文献

Hajime Suzuki, Shohei Kanno, Masahiko Hada, Ryu Abe,* Akinori Saeki*

Exploring the Relationship between Effective Mass, Transient Photoconductivity, and Photocatalytic Activity of Sr_xPb_1–xBiO₂Cl (x = 0–1) Oxyhalides，Chem Mater 2020,

DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b05366

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.9b05366