气体吸附对V掺杂石墨烯电子结构与光学性质的影响

基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA),采用第一性原理方法研究了气体分子吸附对V掺杂石墨烯的吸附能、电子结构与光学性质的影响．能带结构计算表明:吸附NO₂分子的V掺杂石墨烯的带隙显著增加,从0 e V变为0.368 e V,由金属性转变为半导体特性,而吸附CO与NH₃分子的V掺杂石墨烯的带隙则变化很小．三种吸附构型(NO₂,CO,NH₃)的吸附能分别为-8.499 e V、-2.05 e V和-2.01e V,说明V掺杂石墨烯对NO₂气体分子吸附最强．进而计算了本征、V掺杂石墨烯及其吸附NO₂分子的光学性质,结果表明:随着V掺杂与吸附NO₂气体,石墨烯介电吸收峰值有所增大,介电峰位向低能量区域移动;本征石墨烯仅吸收紫外光,V掺杂石墨烯吸附NO₂分子可以明显拓宽光吸收的光谱范围;掺杂与吸附使得石墨烯光电导率显著增强,能在红外与可见光区产生光电流．上述结果表明V掺杂石墨烯吸附NO₂后...     

K,Na掺杂Cu-S纳米晶的水热合成及对结构、性能的影响

利用水热合成技术, 分别以CuCl₂·2H₂O, 硫粉为铜源和硫源, 以KOH或NaOH为矿化剂, 成功合成了Cu₂S纳米晶体和碱金属离子掺杂的KCu₇S₄纳米线和NaCu₅S₃ 微纳米球. 通过X射线衍射(XRD)、电子能谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨率透射电镜 (HRTEM) 对产物的结构和形貌进行了表征和分析. 结果显示: KOH含量低于1g或NaOH低于2g时, 产物为斜方辉铜矿Cu₂S; 高碱含量 (不低于3g) 时, K或Na离子成功掺入产物结构中, K掺杂产物为纯净的四方相KCu₇S₄, 单晶结构, 尺寸均匀, 长度可达几十微米的纳米线; Na掺杂未改变产物的形貌, 形成六方晶系结构的NaCu₅S₃. 产物的形成和生长与反应温度、反应时间和矿化剂密切相关. 并讨论了Cu₂S纳米晶及其掺杂纳米晶的形成机理及掺杂机理. 最后研究了碱金属离子掺杂对产物的光学性能的影响, 漫反射光谱显示Cu₂S, KCu₇S₄和NaCu₅S₃纳米晶的光学带隙分别为1.21eV, 0.49eV和0.42eV, K⁺和Na⁺的掺杂, 极大的改变了产物的光学特性. 关键词： 7S₄')" href="#">KCu₇S₄ 5S₃')" href="#">NaCu₅S₃ 水热法 掺杂     

Tm3+掺杂锗铌酸盐玻璃及其红外光谱特性

用高温熔融法制备了相同质量百分比浓度4%Tm₂O₃掺杂浓度下(90-x)GeO₂-xNb₂O₅-10Na₂O(其中数字为摩尔百分比x=1,2,4,6,8)以及Tm₂O₃掺杂浓度分别为质量百分比1%,2%,3%,4%下86GeO₂-4Nb₂O₅-10Na₂O(其中数字为摩尔分数)系列玻璃.研究了Nb₂O₅组分对玻璃热稳定性,荧光强度和J-O参数的影响.应用Judd-Ofelt理论,计算了Tm³⁺离子在Nb₂O₅浓度不同时的J-O强度参数(Ω₂,Ω₄,Ω₆)及Tm³⁺离子各激发态能级的自发跃迁概率、荧光分支比以及辐射寿命等光谱参量.根据McCumber理论,计算了Tm³⁺离子能级³F₄→³H₆(1.8 μm)跃迁的吸收截面和受激发射截面.从获得的吸收截面、发射截面与离子掺杂浓度计算了1.8 μm荧光波段的增益截面曲线.在808 nm波长光的激发下,研究了Tm³⁺掺杂玻璃在1.47与1.8 μm附近的荧光特性.发现当Tm₂O₃掺杂浓度为质量百分比3%时,在1.8 μm处的荧光强度达最大,然后随着掺杂浓度的增大,其荧光强度反而降低;当Nb₂O₅摩尔分数含量大约在2%时,Tm³⁺在1.8 μm处的荧光强度最强.并讨论了Nb₂O₅组分变化对玻璃结构与光谱特性的影响情况. 关键词： 3+掺杂锗铌酸盐玻璃')" href="#">Tm³⁺掺杂锗铌酸盐玻璃 红外光谱性质 交叉弛豫 2O₅')" href="#">Nb₂O₅     

二硒化铁/还原氧化石墨烯的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

通过水热反应合成出二硒化铁/还原氧化石墨烯(FeSe₂/rGO)复合材料, 并将其作为对电极材料应用于染料敏化太阳能电池(DSSC). 利用X射线衍射、拉曼光谱、场发射扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜对FeSe₂/rGO的结构和形貌进行了表征. 利用循环伏安法、电化学阻抗谱和Tafel曲线测试分析了FeSe₂/rGO对电极的电催化活性. 结果表明: FeSe₂呈纳米棒结构, 长度在100-200 nm之间, 且紧密地附着在rGO 的表面, FeSe₂/rGO对电极对I₃^-的还原具有很好的催化活性. 电池的J-V曲线测试显示: 基于FeSe₂/rGO对电极的DSSC的转换效率达到了8.90%, 相比基于单纯的FeSe₂对电极的DSSC(7.91%)和rGO对电极的DSSC(5.24%)都有了显著提高, 甚至优于铂对电极的DSSC(8.52%).     

Eu3+掺杂5Li2O-1Nb2O5-5TiO2发光陶瓷的制备及性能研究

以Li₂CO₃、Nb₂O₅、TiO₂和Eu₂O₃为原料,采用固相法制备Eu³⁺掺杂的5Li₂CO₃-1Nb₂O₅-5TiO₂（LNT）发光介质陶瓷。通过密度、XRD和荧光光谱测试,对0.2%（质量分数）Eu₂O₃掺杂的陶瓷片进行性能表征。结果表明：1 120℃烧结致密的陶瓷片,其晶相结构为“M-相”与Li₂TiO₃两相复合构成;在400 nm的近紫外光激发下,样品有较强的橙光（592 nm）和红光（615 nm）发射,分别属于Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₁的磁偶极跃迁和⁵D₀→⁷F₂的电偶极跃迁。     

硅纳米线/氧化钒纳米棒复合材料的制备与气敏性能研究

采用纳米球光刻和金属辅助刻蚀法以p型单晶硅片制备了硅纳米线阵列, 并以此作为基底, 通过溅射不同时长的金属钒薄膜并进行热退火氧化处理, 制备出硅纳米线/氧化钒纳米棒复合材料. 采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪表征了该复合材料的微观特性, 结果表明该结构增大了材料的比表面积, 有利于气体传感, 并且镀膜时间对后续生长的氧化钒纳米棒形貌有明显影响. 采用静态配气法在室温下测试了该复合材料对NO₂的气敏性能, 气敏测试结果表明沉积钒膜的时间对复合材料的气敏性能影响较大. 当选择合适的镀膜时间时, 适量氧化钒纳米棒增加了材料表面积并形成大量pn结结构, 相比纯硅纳米线对NO₂气体的灵敏度有明显提升, 且在室温下表现出优良的选择性. 同时, 对气敏机理做了定性解释, 认为硅纳米线与氧化钒纳米棒之间形成的pn结及能带结构在接触NO₂ 时的动态变化是其气敏响应提升的主要机制.     

纳米棒状GdPO4:Eu3+荧光粉的合成及其发光性能的研究

采用溶解热法合成出了纳米棒状GdPO₄:Eu³⁺荧光粉,其中不同磷源和pH值对最终产物的形成起着关键的作用. 将纳米棒状和块体GdPO₄:Eu³⁺荧光粉的发光性能进行了对比,其中与块体GdPO₄:Eu³⁺荧光粉相比,纳米棒状GdPO₄:Eu³⁺荧光粉的色纯度得到了改善,而在激发光谱中,纳米棒状GdPO₄:Eu< 关键词： 纳米棒 磷酸钆 发光性能     

电子辐照硅层中缺陷能级的研究

用12MeV电子辐照硅p⁺n结,在硅中除引入氧空位E₁(E_c-0.19eV),双空位E₂(E_c-0.24eV)和E₄(E_c-0.44eV)外,还引入缺陷E₃(E_c-0.37eV)。用DLTS方法和反向恢复时间测量研究了这些能级的退火行为,可以看到,E₃的退火温度最高(≈520℃)。由退火特 关键词：     

利用Er3+光学温度传感特性研究Tm3+/Yb3+掺杂NaY(WO4)2微米球的激光辐照热效应

采用微波水热方法合成了Er³⁺/Yb³⁺及Tm³⁺/Yb³⁺两个共掺杂的绣球花状NaY（WO₄）₂微米球样品。XRD结果表明所获得的产物为纯相体心结构的NaY（WO₄）₂,利用SEM观察发现产物粒子结构为纳米片组装成的绣球花状。考虑到红外激光辐照对样品产生加热效应,采用380 nm激发下不同温度的发射光谱获得了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂NaY（WO₄）₂微米球的温度传感特性曲线和灵敏度曲线。把Er³⁺/Yb³⁺共掺杂NaY（WO₄）₂与Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂的NaY（WO₄）₂按质量比1：10进行混合,采用980 nm激发测量了混合物的上转换发光光谱,研究了激光持续辐照对Tm³⁺/Yb³⁺掺杂NaY（WO₄）₂样品的加热效应和Tm³⁺的¹G₄→³H₆ 跃迁发光强度随激光辐照时间的变化。实验发现980 nm激光辐照使Tm³⁺/Yb³⁺掺杂NaY（WO₄）₂样品的温度持续升高并达到某一平衡温度,Tm³⁺的蓝色上转换发光也随着激光辐照时间的延长而增强,最后达到饱和。此外,在相同条件下,Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂样品的激光辐照热效应比Er³⁺/Yb³⁺共掺杂样品的热效应更为显著。     

Al和Sb共掺对ZnO有序阵列薄膜的结构和光学性能的影响

采用水热合成法在预先生长的ZnO种子层的玻璃衬底上制备出Al和Sb共掺ZnO纳米棒有序阵列薄膜. 通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和选区电子衍射分析表明:所制备的薄膜由垂直于ZnO种子层的纳米棒组成, 呈单晶六角纤锌矿ZnO结构, 且沿[001]方向择优生长, 纳米棒的平均直径和长度分别为27.8 nm和1.02 μm. Al和Sb共掺ZnO纳米棒有序阵列薄膜的拉曼散射分析表明:相对于未掺杂ZnO薄膜的拉曼振动峰(580 cm^-1), Al和Sb共掺ZnO阵列薄膜的E₁(LO)振动模式存在拉曼位移. 当Al和Sb的掺杂量为3.0at%,4.0at%,5.0at%,6.0at%时, Al和Sb共掺ZnO阵列薄膜的拉曼振动峰的位移量分别为3,10,14,12 cm^-1. E₁ (LO) 振动模式位移是由Al和Sb掺杂ZnO产生的缺陷引起的. 室温光致发光结果表明:掺杂Al和Sb后, ZnO薄膜在545 nm处的发光强度减小,在414 nm处的发光强度增加. 这是由于掺杂Al和Sb后, ZnO薄膜中Zn_i缺陷增加, O_i缺陷减少引起的. 关键词： Al和Sb共掺ZnO薄膜 纳米棒有序阵列 结构表征 拉曼散射     

Se和MoSe_2纳米片的结构和发光性能

以Se粉和MoO_3粉为源材料,利用热丝化学气相沉积在N_2中制备了Se和MoSe_2纳米片.利用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能谱仪、显微Raman光谱仪和X射线光电子谱仪对Se和MoSe_2纳米片的结构和组成进行了系统研究.结果表明:Se粉和M0O_3粉的混合与否直接影响了Se和MoSe_2纳米片的形成和结构;当Se粉和MoO_3粉充分混合时形成Se纳米片,而Se和MoO_3粉分开放置时则形成MoSe_2纳米片.研究发现这是由于Se和MoO_3粉的混合与否使Se和MoO_3在气相中的不同反应所致.对Se和MoSe_2纳米片的发光性能研究表明,它们分别产生了774,783和784 nm的发光峰,不同于单层MoSe_2纳米片的发光性能.这些结果丰富了对二维Se基纳米材料的合成和光学性能的知识,有助于对Se基二维纳米材料的光电器件的研制.     

Ce和O空位共掺杂TiO_2的电子结构与光学性质

采用基于密度泛函理论加U的计算方法,研究了Ce和O空位单(共)掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构和光吸收性质.计算结果表明,Ce和O空位共掺杂TiO_2的带隙中出现了杂质能级,且带隙窄化为2.67 eV,明显比纯TiO_2和Ce,O空位单掺杂TiO_2的要小,因而可提高TiO_2对可见光的响应能力,使TiO_2的光吸收范围增加.光吸收谱显示,掺杂后TiO_2的光吸收边发生了显著红移;在400.0—677.1 nm的可见光区,共掺杂体系的光吸收强度显著高于纯TiO_2和Ce单掺杂TiO_2,而略低于O空位单掺杂TiO_2.此外,Ce掺杂TiO_2中引入O空位后,TiO_2的导带边从-0.27 eV变化为-0.32 eV,这表明TiO_2的导带边的还原能力得到了加强.计算结果为Ce和O空位共掺杂TiO_2在可见光光解水方面的进一步研究提供了有力的理论依据.     

常压CVD法合成铌掺杂少层MoS2

利用粉体NbCl₅作为Nb掺杂源,采用常压CVD方法合成了大尺寸Nb掺杂的少层MoS₂薄膜。通过扫描电子显微镜和原子力显微镜观察获得了该薄膜样品的形貌和厚度信息。拉曼光谱和X射线光电子谱测试证实了Nb被掺入到了MoS₂薄膜中,Nb掺杂的MoS₂合金薄膜已经形成。最后,对Nb掺杂的少层MoS₂薄膜的电学性质进行了测试。     

Mn-Mg共掺杂AlON荧光粉制备及荧光性质

采用固相反应法成功合成了一系列Mn-Mg共掺的Al₂₃O₂₇N₅荧光粉。结果显示煅烧条件和Mn的掺杂浓度对Mn-Mg共掺的AlON荧光粉的制备和发光性质都有重要影响。获得纯相AlON的温度从未掺杂的1 900 ℃下降到10% Mn和10% Mg(摩尔分数)共掺杂的1 800 ℃。晶格参数随着Mn掺杂浓度升高而增加,说明Mn进入了AlON晶格中。未掺杂和Mg单掺以及10% Mn和10% Mg共掺杂样品的发射光谱都含有一个350～600 nm之间的宽带发射。绿光发射归属于Mn的3d电子之间的传输。蓝光发射可能与杂质或Al空位相关。     

第一性原理研究O2在TiN4掺杂石墨烯上的氢化

作为一种新型高效质子交换膜燃料电池阴极材料, 金属与N共掺杂的石墨烯因其对氧还原反应具有较高的活性而引起了人们的广泛关注. 采用包含色散力校正的密度泛函理论方法系统地研究了O₂在TiN₄掺杂的Graphene上的吸附, 氢化特性. 结果表明: 1) O₂倾向于以side-on模式吸附在Ti顶位, 形成O-Ti-O三元环结构; 2) O₂在TiN₄-Graphene上更倾向于以分子形式直接氢化, 形式OOH结构, 并进一步解离为O+OH, 反应的限速步为O₂的氢化, 对应的反应势垒为0.52 eV.     

Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂对CeO_2基电解质性能影响的密度泛函理论+U计算

Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂CeO_2的离子电导率被证实可高达Sm~(3+)掺杂CeO_2离子电导率的近两倍,然而,共掺杂对CeO_2电导率的作用机理尚不明确.本文利用第一性原理计算的密度泛函理论+U方法,对Sm~(3+)和Sr~(2+)共掺杂的CeO_2进行了系统的研究,对比Sm~(3+)或Sr~(2+)单掺杂的CeO_2体系,计算并分析了共掺杂体系的电子态密度、能带结构、氧空位形成能以及氧空位迁移能等微观属性.计算结果表明,Sm~(3+),Sr~(2+)的共掺杂对CeO_2基电解质性能的提高具有协同效应,二者的共掺杂不仅能协同抑制CeO_2体系的电子电导率,还能在单掺杂CeO_2的基础上进一步降低氧空位形成能,Sm~(3+)的存在还有助于降低Sr~(2+)对氧空位的俘获作用,而Sr~(2+)的加入则能够在Sm~(3+)掺杂CeO_2的基础上进一步降低最低氧空位迁移能,爬坡式弹性能带方法计算表明共掺杂体系的氧空位迁移能最低可达0.314/0.295 eV,低于Sm~(3+)掺杂CeO_2的最低氧空位迁移能.研究揭示了Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂对CeO_2电导率的协同作用机理,对进一步研发其他高性能的共掺杂电解质材料具有重要的指导意义.     

Co,Zn共掺铌酸锂电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

利用基于密度泛函的第一性原理的计算方法,研究了Co单掺及Co和Zn共掺LiNbO_3晶体的电子结构和吸收光谱.研究显示,各掺杂体系铌酸锂晶体的带隙均较纯铌酸锂晶体变窄. Co:LiNbO_3晶体禁带宽度为3.32 eV; Co:Zn:LiNbO_3晶体, Zn的浓度低于阈值或达到阈值时,禁带宽度分别为2.87或2.75 eV. Co:LiNbO_3晶体在可见-近红外光波段2.40, 1.58, 1.10 eV处形成吸收峰,这些峰归结于Co 3d分裂轨道的跃迁;加入抗光折变离子Zn~(2+),在1.58, 1.10 eV处的吸收峰增强,可以认为Zn~(2+)与Co~(2+)之间存在电荷转移,使e_g轨道电子减少,但并不影响t_(2g)轨道电子.结果表明,晶体中的Co离子在不同共掺离子下可充当深能级中心(2.40 eV),或可充当浅能级中心(1.58 eV),两种情况下,掺入近阈值的Zn离子均有助于实现优化存储.     

稀土离子Ce,Tb掺杂硼磷酸锶荧光粉的发光性质

采用高温固相法合成了2SrO·0.25B₂O₃·0.75P₂O₅:RE³⁺(RE=Ce,Tb)荧光粉。研究了其中Ce³⁺,Tb³⁺的光谱性质,Ce³⁺和Tb³⁺共掺杂时的能量传递效率,以及Ce³⁺和Tb³⁺的动力学过程。发现在共掺杂的样品中,Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₅绿色发射比Tb³⁺单掺杂样品中的绿色发射有显著的提高。当Tb³⁺的含量从1%增加到8%时,Ce³⁺→Tb³⁺的能量传递效率逐渐增加至70%。通过动力学研究,在Ce³⁺和Tb³⁺共掺杂的样品中,提高Tb³⁺的浓度,Ce³⁺的寿命减小。此外,Ce³⁺离子寿命的倒数与Tb³⁺的浓度之间很好地符合线性函数关系,经过拟合Ce³⁺离子的电子跃迁速率和Ce³⁺→Tb³⁺的能量传递速率分别为5.1×10^-2和1.34ns^-1·mol^-1。Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₅跃迁的衰减曲线很好地遵守指数式衰减,并且随着Ce³⁺的掺杂浓度提高,Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₅寿命增加。结果表明在共掺杂的2SrO·0.25B₂O₃·0.75P₂O₅材料中存在Ce³⁺到Tb³⁺的有效能量传递,这种材料在541nm处有着较强的绿光发射,所以将在发光以及显示领域有潜在的应用前景。     

Cu,Fe掺杂LiNbO_3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理对Cu,Fe单掺及共掺LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质进行了计算.结果显示:Cu,Fe单掺杂LiNbO_3晶体禁带内均产生了杂质能级,主要由Cu3d,Fe3d轨道及O 2p轨道贡献;共掺LiNbO_3晶体禁带内出现了双能级结构,深能级由Cu3d和O2p轨道贡献,浅能级由Fe3d和O2p轨道贡献.Cu,Fe单掺和共掺LiNbO_3晶体带隙依次缩小,在可见光区的光吸收明显增强.共掺LiNbO_3在445和630nm左右分别表现出一个宽吸收峰,比单掺LiNbO_3晶体表现出更好的光吸收性质.研究表明,Fe占Nb位比Fe占Li位的双掺样品在双光存储应用中更有优势;同时,浓度比[Fe2+]/[Fe3+]值的适当降低有助于这种优势的形成.     

N/Cu共掺杂锐钛矿型TiO2第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法, 采用局域自旋密度近似加Hubbard U值方法研究了纯锐钛矿型TiO₂, N, Cu单掺杂TiO₂及N/Cu共掺杂TiO₂ 的晶体结构、电子结构和光学性质. 研究结果表明, 掺杂后晶格发生相应畸变, 晶格常数变大. N 和Cu的掺杂在TiO₂禁带中引入杂质能级, 禁带宽度发生相应改变. 对于N掺杂TiO₂禁带宽度减小较弱, 而Cu掺杂和N/Cu共掺TiO₂禁带宽度显著降低, 导致吸收光谱明显红移, 光学催化性增强, 有利于实际应用.