钒酸铋中的钼缺陷复合物

单斜钒酸铋（BiVO$_4$）是一种有前景的用于太阳光驱动水分解的$n$型半导体。若干研究表明，其光催化活性因高浓度Mo和W掺杂而大大增强。本工作中，我们进行了\textit{ab initio}计算，以评估BiVO$_4$中Mo相关成对缺陷之间最有利的相对位置。令人惊讶的是，我们确认尽管存在更高的静电排斥和更大的晶格应变，BiVO$_4$中Mo$_{\text{V}}$成对缺陷的最低能量构型出现在最近邻位点上。在W掺杂的BiVO$_4$中观察到W$_{\text{V}}$缺陷对的类似结果。我们表明，该效应的起源在于杂质原子轨道之间仅在彼此最接近时才出现的有利于杂化，由此产生的焓增益克服了成对形成能中的排斥分量。因此，Mo和/或W掺杂的BiVO$_4$很可能呈现施主-施主缺陷复合物，这一结果可应用于改善这些金属氧化物光催化活性的实验方法中。