利用表面修饰调制GaAs纳米线的电子结构

采用第一性原理的密度泛函方法,研究了利用表面修饰来调制GaAs纳米线的电子结构. 在计算中考虑了几种不同的表面钝化材料（H、F、Cl、Br 和I）对GaAs纳米线电子结构的影响. 计算结果表明,不同的原子修饰GaAs 纳米线时对其能带结构的调制主要取决于它们对纳米线表面态的饱和能力. 表面修饰不仅可以调节GaAs纳米线的能隙大小,而且也可以调制其能隙类型. GaAs纳米线的电子结构由表面效应和量子限制效应共同来决定. 使用不同材料修饰表面的GaAs纳米线的能隙随直径的变化幅度并不相同. 表面修饰为实现同种直径和同种结构的GaAs纳米线的能带工程提供了一种新的途径.     

表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化

利用第一性原理计算方法研究了表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化．计算结果显示,不论是闪锌矿结构还是纤锌矿结构,GaAs纳米线表面Ga原子上带正电荷的表面悬挂键都是一类稳定的缺陷,并且这种稳定性不会随着纳米线直径的变化而变化．这种表面悬挂键会形成载流子陷阱中心从而从p型掺杂的GaAs纳米线俘获空穴,使得纳米线的掺杂效率下降．和NH3相比,NO2 具有足够的电负性来俘获GaAs纳米线表面悬挂键上的未配对电子,从而有效地钝化GaAs纳米线的表面悬挂键,提高纳米线的p型掺杂效率,并且这种钝化特性不会随着纳米线直径的变化而改变．     

金刚石纳米线氮空位色心的表面与尺寸效应

使用大规模自旋极化密度泛函理论计算研究了表面修饰和尺寸对金刚石纳米线(DNs)中氮空位(NV)色心的几何结构、 电子结构、 磁性和稳定性的影响. 理论上设计了几种不同的DNs, 这些DNs具有不同的表面修饰(干净、 氢化和氟化), 并且直径达数百个原子. 实验结果证明, 中性(NV⁰)和带1个负电荷(NV^-)的NV色心的电子结构不受半导体表面修饰和DNs直径大小的影响, 但NV色心的稳定性对这两个因素具有不同的响应. 此外, 研究中还发现, 由于DNs中存在圆柱形表面电偶极子层, 对DNs中掺杂的NV^-色心的稳定性, 表面改性诱导了不依赖尺寸的长程效应. 特别地, 对于n型氟化金刚石表面, 掺杂在DN中的NV^-色心可以稳定存在, 而对于p型氢化表面, NV⁰则相对更稳定. 因此, 表面修饰为控制金刚石纳米线中的NV色心的电子结构和稳定性提供了一种精确有效的调控方法.     

金刚石纳米线氮空位色心的表面与尺寸效应（英文）

使用大规模自旋极化密度泛函理论计算研究了表面修饰和尺寸对金刚石纳米线(DNs)中氮空位(NV)色心的几何结构、电子结构、磁性和稳定性的影响.理论上设计了几种不同的DNs,这些DNs具有不同的表面修饰(干净、氢化和氟化),并且直径达数百个原子.实验结果证明,中性(NV0)和带1个负电荷(NV-)的NV色心的电子结构不受半导体表面修饰和DNs直径大小的影响,但NV色心的稳定性对这两个因素具有不同的响应.此外,研究中还发现,由于DNs中存在圆柱形表面电偶极子层,对DNs中掺杂的NV~-色心的稳定性,表面改性诱导了不依赖尺寸的长程效应.特别地,对于n型氟化金刚石表面,掺杂在DN中的NV~-色心可以稳定存在,而对于p型氢化表面, NV~0则相对更稳定.因此,表面修饰为控制金刚石纳米线中的NV色心的电子结构和稳定性提供了一种精确有效的调控方法.     

金、铜金属纳米棒或纳米线的AFM和SERS的研究(英文)

通过电化学氧化法制备具有不同孔径氧化铝模板 ,利用交流电镀的方法在模板中沉积金属 ,再用酸溶解模板可以得到相应尺度的金属纳米线或纳米棒的阵列 .本文利用原子力显微镜和表面增强拉曼技术分别表征了金和铜两种金属纳米线阵列 .研究结果表明 ,作为探针分子的硫氰(SCN )在金属纳米线上的碳氮三键的振动频率随纳米线直径的增大而蓝移 .这一现象可能是因为尺寸效应对纳米线的费米能级造成影响 ,使不同直径的金属纳米线电子结构存在微小的差别 .     

MgO缺陷和不规则表面的能带结构研究

用扩展休克尔紧束缚（ＥＨＴ）晶体轨道方法对ＭｇＯ表面缺陷和不规则结构进行能带计算,并对能带的结构及组成进行了讨论。计算结果表明,各种缺陷及不规则表面的表面状态与完整晶面比较,存在明显差异,前者由于其导带底部能带的变化造成导带和价带间的能隙减小。我们发现,ＭｇＯ缺陷及不规则表面吸附能力与其表面能大小及表面不同位置原子的净电荷数密切相关。缺陷模型的表面能均大于完整晶面,故缺陷有利于表面吸附     

锐钛矿TiO2（101）表面电子能带结构的理论研究

二氧化钛作为一种理想的光催化和光电转换半导体材料,受到了广泛的关注和研究,其表面的电子能带结构作为其本征的化学性质之一,决定着表面上氧化还原反应发生的可能性. 对二氧化钛表面电子能带结构进行深入研究对于我们从微观上认识并改良二氧化钛这一光电催化材料,以及进一步开发利用更好的光催化材料都具有非常好的指导意义. 本论文采用密度泛函理论,计算研究了锐钛矿TiO₂（101）表面的电子能带结构,并通过与金红石TiO₂（110）晶面的对比,系统分析了两个表面电子能带结构的不同以及水分子的溶剂化作用对电子能带结构的影响.     

扶手椅型二硫化钼纳米带的电子结构与边缘修饰

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 研究了扶手椅型二硫化钼纳米带的几何构型与电子结构, 发现其稳定性与电子性质敏感地依赖于边缘修饰. 随着边缘修饰的H原子数增加, 纳米带变得更加稳定, 并在间接带隙半导体、半金属和直接带隙半导体之间转变. 纳米带的能带结构和电子态密度显示, 其费米能级附近的能带主要由边缘态贡献. 当二硫化钼纳米带两边用不同数目的H原子修饰时, 纳米带同时具有由这两种修饰引起的边缘态并且两种边缘态的相互影响很小. 研究了三类纳米带带隙与宽度的关系, 对于每个原胞修饰0个或8个H原子的纳米带, 带隙随宽度以3为周期振荡变化; 而对于每个原胞修饰4个H原子的纳米带, 带隙振荡不再具有周期并且振荡幅度变小.     

SnO2(110)弛豫表面构型与电子结构的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函方法对SnO₂(110)表面的构型和电子结构进行了系统研究. 结果表明, 与理想表面相比, 表面弛豫导致表层五配位Sn原子向体相方向位移, 六配位Sn原子以及表面氧原子往真空方向移动, 而桥氧原子位置基本保持不变. 当表面厚度小于3 nm时, 表面能和表层原子的弛豫大小随着层数的增加出现振荡现象. 由能带计算结果得知, 以桥氧的2p_y/2i>p_z轨道为主要成分的能带出现在体相的带隙中. 进一步考察了弛豫对表面电子结构的影响.     

微纳米结构复合表面的疏水-冰性能

通过软复型和水热法制备出一种由有机材料和ZnO纳米棒组成的微纳米结构复合表面,这种表面的微米结构是周期为300μm、高度为70μm的锯齿状结构,ZnO纳米线的直径为300~500 nm,长度为2~3μm.这种有机材料和ZnO纳米线复合成的表面经过全氟硅烷修饰后,具有良好的低黏滞特性和低温超疏水性(约为150°)以及较长的结冰延时性(6000~7630 s),实验结果对设计表面低温疏水/疏冰材料具有参考价值.     

Surface modification of III–V semiconductors: chemical processes and electronic properties

The possibilities of controlling the surface electronic properties of III–V semiconductors by varying the adsorption chemistry are analyzed. Variations of the adsorption process parameters and the adsorbate reactivity are able to affect the surface atomic and electronic structure of the semiconductor. The adsorbate reactivity is considered within the framework of the density functional theory using the reactivity indices. The easiest way to affect the reactivity of a particular adsorbate is to create a solvation shell around it, as is possible in both liquid solutions and the gas phase (microsolvation). Solvation of ions before their adsorption by different solvents affects considerably the relative nucleophility of the central atom in the ion, which results in a different charge transfer mechanism from the surface states on adsorption, and thus, in a different modification of the surface electronic structure of the semiconductor. The effect of halogen, sulfur and metal atoms reactivity on the electronic structure of the resulting adsorbate-covered surface of III–V semiconductor is discussed.     

渗透汽化膜表面化学结构设计研究

综述了近年来渗透汽化膜表面结构设计调控的研究进展。膜表面结构的设计与优化是提高其分离性能的重要方法。然而高分子表面具有环境响应性,这往往导致高分子材料在使用环境中失去在表面设计时所期待的性能。因此,高分子膜表面的环境响应性是在对膜表面进行设计和调控过程中必须考虑的因素。本文介绍了渗透汽化膜表面结构设计的方法,重点阐述了高分子膜表面环境响应特性对膜表面性质以及渗透汽化性能的影响。指出了利用高分子膜的表面重构行为可以对其表面结构进行优化,从而有效地提高膜的分离选择性。     

Accelerated Interfacial Charge Transfer in Br-Gradient MAPbI3-xBrx Perovskite Thin Films?

Mixed halide perovskites (MHPs) are a class of semiconductor materials with great promise for many optoelectronic applications due to their outstanding photophysical properties. Understanding and tailoring the photogenerated carrier dynamics is essential for further improvement of perovskite performance. Herein, we report a study about the carrier transport and interfacial charge transfer dynamics in Br-gradient MAPbI_3-xBr_x perovskite thin films prepared by surface ion-exchange method. Driven by the bandgap gradient in MAPbI_3-xBr_x films, the accelerated internal hole transport and enhanced interfacial extraction efficiency were both observed. Meanwhile, the interfacial electron transfer was also found to be evidently facilitated due to the surface modification during post-treatment. Our findings suggest the possibility of simultaneous acceleration of interfacial electron and hole transfer processes in halide perovskite films via surface post-treatment technique, which is of great importance in further improving the power conversion efficiency of perovskite solar cells.     

Growth and luminescence of ternary semiconductor ZnCdSe nanowires by metalorganic chemical vapor deposition

ZnCdSe alloy nanowires were successfully grown on the GaAs (100) substrate by metalorganic chemical vapor deposition using Au as a catalyst. The nanowires display two distinct types of morphology. The majority of them are straight, uniform in diameter, and have a smooth surface. However, a significant portion of them contain one or two constrictions along their length. The alloy is found to be rich in Zn; its composition, as determined from X-ray diffraction and energy-dispersive X-ray microanalysis, is close to Zn(0.9)Cd(0.1)Se. The peak energy of its room temperature near-band-edge photoluminescence is also consistent with this composition. X-ray diffraction pattern and transmission electron microscopy find both types of nanowires to be single crystalline, have the metastable wurtzite structure, and a growth direction along 100. The presence of an Au-Cd-Zn alloy particle at the tip of the nanowires supports vapor-liquid-solid as the growth mechanism. The appearance of constrictions in some of the nanowires is found to be linked to the existence of structural defects, possibly stacking faults, during growth.     

Combined effects of metal complexation and size expansion in the electronic structure of DNA base pairs

Novel DNA derivatives have been recently investigated in the pursuit of modified DNA duplexes to tune the electronic structure of DNA-based assemblies for nanotechnology applications. Size-expanded DNAs (e.g., xDNA) and metalated DNAs (M-DNA) may enhance stacking interactions and induce metallic conductivity, respectively. Here we explore possible ways of tailoring the DNA electronic structure by combining the aromatic size expansion with the metal-doping. We select the salient structures from our recent study on natural DNA pairs complexed with transition metal ions and consider the equivalent model configurations for xDNA pairs. We present the results of density functional theory electronic structure calculations of the metalated expanded base-pairs with various localized basis sets and exchange-correlation functionals. Implicit solvent and coordination water molecules are also included. Our results indicate that the effect of base expansion is largest in Ag-xGC complexes, while Cu-xGC complexes are the most promising candidates for nanowires with enhanced electron transfer and also for on-purpose modification of the DNA double-helix for signal detection.     

铜纳米线的液相制备及其表面修饰研究进展

在现代纳米科学技术领域中,铜纳米线由于具有独特的光学、电学、力学和热学性质而成为制备透明柔性导电电极的优良材料。铜价格低廉,自然存储量较大,是实际应用中替代贵金属的理想材料。然而,将铜离子还原为单质铜比较困难,且单质铜非常容易被氧化,这成为应用中亟需解决的关键问题。如何制备单分散、稳定且具有抗氧化性的铜纳米线也成为该领域的研究热点。在各种制备铜纳米线的方法中,液相还原法不仅可以解决以上问题,且该方法具有制备条件限制少、成本低、简单易行等优点而被广泛应用于铜纳米线的大量合成。本文从铜纳米线的研究背景和研究价值入手,首先综述了不同（光滑或粗糙、单晶或孪晶）铜纳米线的液相制备方法及其生长机制。讨论了铜纳米线的氧化及其抗氧化表面包覆问题。最后对铜纳米线的研究意义和应用前景做出展望。