负载型复合半导体MoO3-TiO2/SiO2的结构与吸光性能

采用表面改性法制备了负载型复合半导体材料MoO3TiO2/SiO2,用X射线衍射、比表面测定、透射电子显微镜、红外光谱、拉曼光谱、紫外可见漫反射等技术对固体材料的结构进行了表征,并从固体材料的光响应性能和化学吸附性能方面进行了评价.结果表明,MoO3TiO2/SiO2表面存在着高度分散的MoO3和TiO2微晶,它们之间有一定的复合和键联作用,形成了Mo-O-Ti键;MoO3TiO2/SiO2复合材料表面对丙烷分子有化学吸附性能,Mo=O键上的端氧是C3H8的活性吸附位;与本体MoO3和TiO2相比,复合后MoO3TiO2/SiO2的能隙值有所增加,在紫外光区的吸光强度也明显加强,使得光生载流子的复合效率得到抑制,并产生了一定的量子尺度效应.     

Cd、Sr掺杂Mg2Ge电子结构和光学性质的第一性原理研究

此文用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,分别研究了本征、掺Cd、掺Sr的Mg₂Ge的能带结构、电子态密度和光学性质.研究结果表明,本征Mg₂Ge是一种间接带隙半导体,带隙值为0.228eV.Sr的掺入使其变成带隙为0.591 eV的直接带隙半导体,Cd掺杂Mg₂Ge后表现出半金属性质.掺杂后的主要吸收峰减小,吸收谱范围增加.在可见光能量范围内,掺杂的Mg₂Ge有更低的反射率,对可见光的利用率增强.此外,掺杂还提高了高能区的光电导率.     

第一性原理计算C掺杂金红石型TiO2的磁性和光学性质

本文运用第一性原理GGA+U方法计算了C元素单/双掺杂金红石型TiO2的电子结构、磁性和光学性质. 结果表明, C掺杂体系的晶格发生畸变和体积相应增大。单掺杂体系的磁矩为1.3 μB, 磁矩主要归因于杂质态引起的自旋电荷密度不平衡, 杂质态主要由C-2p、O-2p 和Ti-3d的态电子构成, 且它们之间存在明显的杂化现象. 双掺杂体系中C原子之间的反铁磁性耦合比铁磁性耦合更加稳定, 但其磁矩为零. 另外, 随着掺杂浓度的增大, 掺杂体系的带隙由2.58 eV增大到3.4 eV, 且在可见光区域的光吸收效率明显增大. 这表明带隙的减小可能不是光谱吸收增强的主要因素, 而带隙中的杂质态极大地影响了光谱吸收效率.     

N-S共掺杂金红石相TiO2电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究N和S单掺杂以及N和S共掺杂金红石相TiO2的能带结构,态密度和光学性质.结果表明:N掺杂导致禁带宽度减小为1.43 eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.32 eV;N和S共掺杂导致能带结构中出现了两条杂质能带,靠近导带的一条杂质能级距离导带底约0.35 eV,靠近价带的一条杂质能级距离价带顶约0.85 eV,杂质能级主要由N原子的2p轨道和S原子的3p轨道组成.N和S掺杂后不但使TiO2的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,光催化活性增强.     

CO2和C2H4光催化合成丙烯酸的Cu/ZnO-TiO2催化剂

采用溶胶凝胶法制备了金属负载的复合型固体材料Cu/ZnO TiO2,并用X射线衍射、透射电子显微术、BET比表面测试、红外吸收光谱、紫外可见漫反射光谱以及光催化反应等实验技术对固体材料的表面结构、光响应性能、化学吸附性能以及光反应性能进行了表征和评价.实验结果表明,制得的固体材料粒径约为10nm,晶体结构以锐钛矿型TiO2 为主; ZnO和TiO2 复合后部分地形成了Zn-O-Ti键联,提高了对250~400nm光的吸收强度;金属Cu的负载扩展了材料在可见光范围的吸收,且使其紫外吸收限发生蓝移;反应物在固体材料表面的吸附态是影响光反应结果的主要因素; CO2 卧式吸附态和C2H4 非解离双点吸附态是光合成丙烯酸的有效吸附态,100℃以下合成丙烯酸的选择性大于87%.     

过渡金属(Ni)掺杂ZnV2O4的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论下的MS软件模拟了过渡金属Ni掺杂ZnV₂O₄前后的能带结构、态密度以及光学性质.结果表明：ZnV₂O₄具有间接的光学跃迁且能带间隙为0.355 eV,Ni掺杂后能带间隙增加为0.785 eV,且带隙类型不变,引入的Ni-3d轨道电子对ZnV₂O₄的价带和导带组成提供了较大贡献.光学性质结果表明ZnV₂O₄为一种低介电材料,在可见光区的吸收系数和折射率较低,主要表现为紫外吸收.掺杂Ni后,在可见光区的吸收特性和光电导率均增大,有效改善了ZnV₂O₄在可见光区的光电性能.     

CdSe纳米粒子负载的TiO2纳米带复合材料制备及其可见光催化性能

采用水热法制备了CdSe 纳米粒子负载的锐钛矿型TiO2纳米带复合材料,并对产物的晶体结构、形貌尺寸、CdSe负载量及其可见光催化性能进行了测试.结果表明,产物中CdSe纳米粒子以闪锌矿型面心立方结构负载在TiO2纳米带表面,负载量可控;虽然CdSe纳米粒子的负载降低了TiO2纳米带比表面积,但是显著增强了产物可见光吸...     

第一性原理计算C掺杂金红石型TiO_2的磁性和光学性质

本文运用第一性原理GGA+U方法计算了C元素单/双掺杂金红石型TiO_2的电子结构、磁性和光学性质.结果表明,C掺杂体系的晶格发生畸变和体积相应增大.单掺杂体系的磁矩为1.3μB,磁矩主要归因于杂质态引起的自旋电荷密度不平衡,杂质态主要由C-2p、O-2p和Ti-3d的态电子构成,且它们之间存在明显的杂化现象.双掺杂体系中C原子之间的反铁磁性耦合比铁磁性耦合更加稳定,但其磁矩为零.另外,随着掺杂浓度的增大,掺杂体系的带隙由2.58 eV增大到3.4 eV,且在可见光区域的光吸收效率明显增大.这表明带隙的减小可能不是光谱吸收增强的主要因素,而带隙中的杂质态极大地影响了光谱吸收效率.     

TiO2/SnO2复合氧化物的制备和光谱特性

为了研究TiO2/SnO2复合氧化物的光学特性,用胶体化学方法制备了以SnO2为内核的TiO2/SnO2复合氧化物,并且用紫外-可见光吸收光谱、X射线衍射和红外光谱对TiO2/SnO2复合氧化物的特性进行了分析.结果显示TiO2和TiO2/SnO2的能带宽度分别为4.13和3.86 eV,表现出量子尺寸效应;TiO2/SnO2在紫外区域具有宽的强吸收带.X射线衍射中TiO2的(110)衍射峰的位置移动了1.6°,强度也发生了变化;与TiO2红外光谱相比,TiO2/SnO2中Ti-O键的伸缩振动由500cm-1移到了656 cm-1,并有560 cm-1的肩峰,与吸附水相应的1650 cm-1附近的吸收峰和3420 cm-1的吸收峰均有所增加.     

纳米Cu/Al_2O_3组装体模板合成与光吸收

以有序的多孔氧化铝为模板,利用交流电在孔洞中沉积金属铜得到纳米Cu粒子/Al2O3组装体系.透射电镜观察显示随着交流电沉积时间的延长,孔洞中纳米Cu粒子数量增加.测量了纳米Cu粒子/Al2O3组装体系的紫外可见光吸收光谱,发现随着孔洞中纳米Cu粒子数量增加,纳米Cu粒子/Al2O3组装体系的吸收带边大幅度红移;根据雷利散射引起的消光增强解释了组装体吸收带边红移的原因.同时发现Cu粒子的表面等离子共振吸收峰消失及组装体在吸收带边区光吸收值满足间接带隙半导体光吸收边的表达式.     

氮气退火对二氧化钛薄膜光学性能的影响

 提出了一种利用离子注入和后续退火制备氮掺杂TiO₂薄膜的方法。首先在室温下向石英玻璃中注入Ti离子，随后在氮气中退火到900 ℃，从而制备了氮掺杂的玻璃基TiO₂薄膜。SRIM2006程序模拟和卢瑟福背散射谱（RBS）研究表明注入离子从样品表面开始呈高斯分布，实验结果和模拟结果吻合很好。X射线光电子能谱（XPS）研究结果表明注入态样品中形成了金属Ti和TiO₂，900 ℃退火后金属Ti转变成TiO₂，同时N原子替代少量的晶格O原子形成了O－Ti－N化合物。紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）结果显示，当退火温度至500 ℃时，在吸收光谱中开始出现TiO₂的吸收边，随退火温度升高到900 ℃，由于O－Ti－N化合物形成，TiO₂的吸收边从3.98 eV红移到3.30 eV，TiO₂吸收边末端延伸到可见光区，在可见光区的吸收强度明显增加。     

Zn、Cu共掺杂TiO_2∶SiO_2薄膜材料的光学性能研究

用溶胶-凝胶法制得Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2凝胶,旋转法于玻璃基底涂膜,制得Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2薄膜,探讨了煅烧温度、煅烧时间及掺杂比例对其结构、形貌和性能的影响。采用XRD、FESEM、FTIR等测试技术对薄膜进行表征,并考察了其对甲基橙的光催化降解性能。XRD测试结果显示:薄膜样品的晶型为锐钛矿型,结晶良好。SEM谱图显示:薄膜微粒粒径小,分布均匀,表面平整、致密且无明显裂痕;紫外-可见光谱(UV-Vis)表明:Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2薄膜在紫外区和可见光区的吸光度明显增加,提高了对光的利用率;光催化性能测试表明:与纯相TiO_2对比,Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2薄膜对甲基橙的光催化降解率有较大提高,在600℃下焙烧2h的掺杂的量比为n(Ti)∶n(Si)∶n(Zn)∶n(Cu)=3∶2∶1.5∶4的薄膜样品光催化降解率最高。     

Mn-N共掺杂TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理计算

本文采用第一性原理研究了Mn、N掺杂TiO_2和Mn-N共掺杂TiO_2的能带结构、态密度和Mn-N共掺TiO_2对体系介电函数与吸收谱的影响.研究结果表明,Mn掺杂TiO_2的能带结构的禁带内出现的杂质能级是由Mn的3d轨道贡献;N掺杂TiO_2在费米能级处的杂质能级则由O 2p,Ti 3d和N 2p轨道杂化形成;Mn-N共掺的TiO_2能带在费米能级处的杂质能级则由O 2p,Ti和Mn的3d以及N 2p轨道杂化形成;对于介电函数,在低能区间(2.5 e V),理想TiO_2无介电峰,Mn-N共掺体系则出现了两个介电峰,原因在于Mn 3d态和N 2p态使介电峰值向低能区移动;同时,与理想TiO_2的吸收谱相比,最大的变化是在可见光区出现了一个吸收峰,且在可见光区的响应的范围变宽.     

Mn-N共掺杂TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

本文采用第一性原理研究了Mn、N掺杂TiO2和Mn-N共掺杂TiO2的能带结构、态密度和Mn-N共掺TiO2对体系介电函数与吸收谱的影响.研究结果表明,Mn掺杂TiO2的能带结构的禁带内出现的杂质能级是由Mn 的3d轨道贡献;N掺杂TiO2在费米能级处的杂质能级则由O 2p, Ti 3d和N 2p轨道杂化形成; Mn-N共掺的TiO2能带在费米能级处的杂质能级则由O 2p, Ti 和Mn的3d以及N 2p轨道杂化形成; 对于介电函数，在低能区间(<2.5 eV),理想TiO2无介电峰, Mn-N共掺体系则出现了两个介电峰,原因在于Mn 3d态和N 2p态使介电峰值向低能区移动;同时,与理想TiO2的吸收谱相比,最大的变化是在可见光区出现了一个吸收峰,且在可见光区的响应的范围变宽.     

First-principles study on anatase TiO2（101） surface adsorption of NO

In this paper, the stable structure and the electronic and optical properties of nitric oxide （NO） adsorption on the anatase TiO2 （101） surface are studied using the plane-wave ultrasoft pseudopotential method, which is based on the density functional theory. NO adsorption on the surface is weak when the outermost layer terminates on twofold coordinated oxygen atoms, but it is remarkably enhanced on the surface containing O vacancy defects. The higher the concentration of oxygen vacancy defects, the stronger the adsorption is. The adsorption energies are 3.4528 eV （N end adsorption）, 2.6770 eV （O end adsorption）, and 4.1437 eV （horizontal adsorption）. The adsorption process is exothermic, resulting in a more stable adsorption structure. Furthermore, O vacancy defects on the TiO2 （101） surface significantly contribute to the absorption of visible light in a relatively low-energy region. A new absorption peak in the low-energy region, corresponding to an energy of 0.9 eV, is observed. However, the TiO2 （101） surface structure exhibits weak absorption in the low-energy region of visible light after NO adsorption.     

La-Ce共掺杂锐钛矿TiO2的缺陷形成能和电子结构分析

采用基于密度泛函的第一性原理研究了稀土元素La、Ce共掺杂锐钛矿相TiO₂的缺陷形成能,缺陷电荷转变能级以及电子结构.研究发现,富氧状态下La、Ce掺杂以及La-Ce共掺的缺陷形成能均为负值,而贫氧状态下La、Ce掺杂形成能为正,表明La、Ce的掺杂TiO₂只能在氧气氛制备条件下进行;替代Ti掺杂缺陷电荷转变能级计算结果表明:0/1-的缺陷电荷转变能级分别位于VBM上面0.522 eV及2.440 eV处;与纯锐钛矿相TiO₂相比,La、Ce单掺杂以及La-Ce共掺杂均能减小TiO₂的禁带宽度,但共掺杂体系的禁带宽度更窄,因此共掺杂体系将更有利于提高TiO₂对可见光的响应能力和光催化性能.     

X-ray photoelectron spectroscopic observation of nitrogen-containing gases adsorbed at high pressures on some transition metals

The chemisorbed species formed by reaction of nitrogen-containing gases (NO, N₂O, N₂ and dry air) on some transition metals (Ni, Cu, Ti, Co and Pd) at high pressures (1–200 torr) are examined by XPS. At least four adsorption species are observed on the surface at ambient temperature. They can be assigned to ?NO₃ (407.3 eV), ?NO₂ (404.5 eV), ?NO (400.0 eV) and the nitrogen bound directly to metal, which shows a characteristic energy value for each metal. This feature differs from the reported results of low pressure adsorption experiments. Relative abundances among the chemisorbed species vary with individual metals and gases.     

PdCl_2/SiO_2和Pd-B/SiO_2非晶态合金催化剂的Raman光谱表征

采用共焦显微Ｒａｍａｎ光谱和Ｘ－射线衍射方法表征了负载型ＰｄＣｌ２／ＳｉＯ２和Ｐｄ－Ｂ／ＳｉＯ２非晶态合金催化剂的结构。结果表明ＰｄＣｌ２分散在ＳｉＯ２载体上后,与载体表面的相互作用使其在室温时即发生β→α构型转变。Ｐｄ－Ｂ／ＳｉＯ２非晶态合金的Ｒａｍａｎ光谱在３００－５００ｃｍ－１区域内呈现一大的弥散峰。与无负载Ｐｄ－Ｂ非晶态合金比较初步认定该弥散峰与Ｐｄ－Ｂ键振动有关,温度升高Ｐｄ－Ｂ／ＳｉＯ２催化活性下降,其主要原因为Ｐｄ－Ｂ／ＳｉＯ２非晶态合金在高温下逐渐晶化为Ｐｄ金属所致。ＰｄＣｌ２与ＳｉＯ２载体表面的相互作用使其具有较高的分散性,由此还原制备的Ｐｄ－Ｂ／ＳｉＯ２非晶态合金较之无负载Ｐｄ－Ｂ非晶态合金更加微细化,因而具有更大的活性比表面     

镧系元素掺杂TiO_2的电子和光学特性的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理局部密度近似法,结合Hubbard U校正(LDA+U),研究了镧系元素掺杂的锐钛矿型TiO_2的取代能、热力学电荷跃迁能级和光学性质.除La之外的所有镧系元素,在掺杂时向主带隙中引入杂质态.所得取代能表明了镧系元素掺杂TiO_2的可行性.同时预测了最佳掺杂比例约为3%,由Ce、Nd、Sm、Gd或Tm掺杂引入的掺杂能级具有负U特性.另外,所得热力学跃迁能级预测了Lu在主带隙内不发生电荷跃迁.算出的光吸收系数表明镧系元素掺杂可使TiO_2具有可见光吸收性能.     

掺杂Si/SiO_2界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似(LDA)下研究了B掺杂Si/SiO_2界面及其在压强作用下的电子结构和光学性质.能带的计算结果表明:掺杂前后Si/SiO_2界面均属于直隙半导体材料,但掺B后界面带隙由0. 74 eV减小为0. 57 eV,说明掺B使材料的金属性增强;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,发现随着压强不断增大,Si/SiO_2界面的带隙呈现了逐渐减小的趋势,并且由直隙逐渐转变为间隙.光学性质的计算结果表明:掺B对Si/SiO_2界面在低能区(即红外区)的介电函数虚部、吸收系数、折射率以及反射率等光学参数有显著影响,且在红外区出现新的吸收峰;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,随着压强增大,红外区的吸收峰逐渐消失,而在紫外区出现了吸收峰.上述结果表明,对Si/SiO_2界面掺B及施加正压强均可调控Si/SiO_2界面的电子结构与光学性质.本文的研究为基于Si/SiO_2界面的光电器件研究与设计提供一定的理论参考.