脉冲功率对含硅量子点SiCx薄膜物相结构及光谱特性的影响

基于硅量子点（Si-QDs）的全硅叠层太阳电池被认为是最有潜质的高效太阳电池之一。目前所报道的硅量子点薄膜存在硅量子点数密度低、缺陷多等问题,限制了硅量子点太阳电池的光电转换效率。微波退火(microwave annealing, MWA)被认为是一种有益于制备纳米结构材料的方法。微波退火的非热效应可以降低形核能,改善薄膜的微结构和光电性能。因此,采用磁控共溅射技术并结合微波退火工艺,在不同的脉冲功率下制备了含硅量子点SiC_x薄膜;采用掠入射X射线衍射(GIXRD)、拉曼(Raman)光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和光致发光(PL)光谱表征薄膜的物相结构及光谱特性;研究不同脉冲功率对硅量子点数密度和性能的影响,进而改进磁控共溅射工艺,制备硅量子点数密度较高和性能良好的薄膜。样品的GIXRD谱和Raman谱均显示其中存在硅量子点,其强度先增大后减小;通过谢乐(Scherrer)公式估算出硅量子点尺寸呈现先增大后减小的规律,脉冲功率为80 W时尺寸达到最大(8.0 nm）。在Raman光谱中还观察到中心位于511 cm-1处出现硅量子点Si-Si横向光学振动模式的拉曼峰,其强度也呈现先增大后减小的趋势;对拉曼光谱做最佳高斯(Gauss)分峰拟合,得出薄膜的晶化率均高于62.58%,脉冲功率为80 W时制备的薄膜具有最高的晶化率(79.29%)。上述分析表明薄膜中均有硅量子点的形成,且数量先增加后减小,脉冲功率为80 W时硅量子点数量最多。通过测量样品的透射率T、反射率R等光学参数,利用Tauc公式估算出薄膜的光学带隙,发现带隙值随溅射功率的增加先减小后增大,在脉冲功率为80 W时最小(1.72 eV)。硅量子点尺寸与光学带隙成反比,说明薄膜中的硅量子点具有良好的量子尺寸效应。通过PL光谱分析样品的发光特性,对其做最佳高斯拟合,发现样品中均有6个发光峰。结合Raman光谱的分析结果,可以得出波长位于463~624 nm的发光峰源于硅量子点的作用;而波长位于408和430 nm的发光峰则源于薄膜内部的缺陷态,峰位没有偏移,但强度有变化。根据发光峰对应的波长可计算其能带分布,从而确定缺陷态类型：408 nm的发光峰归因于≡Si°→E_v电子辐射跃迁,430 nm的发光峰则归因于≡Si°→≡Si-Si≡的缺陷态发光。还研究了硅量子点的尺寸对发光峰移动的影响。结果表明,随硅量子点尺寸变小（大）,发光峰蓝移（红移）。综上,溅射功率为80 W时制备的含硅量子点SiC_x薄膜性能最佳。研究结果为硅量子点太阳电池的后续研究奠定了基础。     

α-SiC“非汉字符号”表面结构的第一性原理计算

用全势缀加平面波方法(FPLAPW)计算了αSiC及其非极性(1010)表面的原子与电子结构.计算出的αSiC晶体结构参量:晶格常量和体积弹性模量与实验值符合得很好.用平板超原胞模型来计算αSiC(1010)表面的原子与电子结构,结果表明表面顶层原子发生键长收缩并扭转的弛豫特性,表面阳离子Si,C向体内方向发生不同程度的位移.表面重构的机理为Si,C原子由原来的sp3杂化方式退化为sp2杂化,与其三配位异种原子近似以平面构型成键.另外,表面弛豫实现表面由半金属性至半导体性的转变     

灼烧预处理——高频感应红外法测定碳化硅中SiC含量

选择了适当的温度和时间对样品灼烧预处理，除去游离碳和挥发份。研究了非电磁感应性的含碳量很高且处于稳定化合状态的ＳｉＣ的测定方法，找出了适宜的分析条件。方法快速、简便、准确，对实际样品分析获满意结果。     

Ce0.5Zr0.5O2修饰的Ni/SiC、Fe/SiC和Co/SiC催化燃烧甲烷性能

以铈锆固溶体（Ce_0.5Zr_0.5O₂）修饰的高比表面积SiC为载体,采用两步浸渍法制备了Ni、Fe和Co基催化剂,研究了其在煤层气催化燃烧脱氧中的催化活性和稳定性. 利用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、比表面积（BET）、热重分析（TGA）和H₂程序升温还原（H₂-TPR）对催化剂进行了表征. 分析结果表明,Ni、Fe和Co部分进入Ce_0.5Zr_0.5O₂固溶体晶格内部,导致催化剂体相形成更多的缺陷;同时Ce_0.5Zr_0.5O₂固溶体有助于加速金属氧化物和金属之间氧化还原过程的进行,促进了氧吸附、传输和对甲烷的活化. 另外,SiC和Ce_0.5Zr_0.5O₂固熔体良好的抗积碳性能,有效避免了催化剂在富甲烷反应气氛中因积碳而失活,从而使三种催化剂均具有优良的催化燃烧脱氧活性和稳定性. 其中,Co/Ce_0.5Zr_0.5O₂/SiC活性最高,可在320 ℃活化催化甲烷,并在410 ℃实现完全脱氧.     

碳化硅晶须品质及影响因素

采用固相原料，加入适当的催化剂，在保护气氛中反应制备碳化硅晶须，得到的碳化硅晶肌以β晶型为主，兼有少量α晶型，晶须有白色，灰白色，灰绿色，深绿色等多种颜色，其颜色变化与原料中的硅炭比值有直接关系；晶须的光洁度受晶须生长局部范围内过饱和度与保护气氛等因素影响；反应晶料的堆积密度是影响晶须直晶度的主要因素，稻壳原料生长的晶须其直晶率较高。     

表面预处理对SiO2/Si结构上APCVD生长SiC薄膜的影响

采用S iH4-C3H8-H2气体反应体系在S iO2/S i复合衬底上进行了S iC薄膜的APCVD生长。实验结果表明,H2表面预处理温度过高或时间过长会导致衬底表面S iO2层熔化再结晶或被腐蚀掉。通过“先硅化再碳化”的工艺方法可以较好地解决S iO2/S i复合衬底上S iC成核困难以及粘附性差的问题,同时还可以有效抑制S iO2中的O原子向S iC生长膜扩散。选择预处理温度和薄膜生长温度为1180℃、H2预处理、S iH4硅化和C3H8碳化时间均为30 s的最佳生长条件时,可以得到<111>晶向择优生长的多晶3C-S iC外延薄膜,薄膜生长速率约为2.0~2.5nm/m in.     

增压封闭浸出—光度法测定碳化硅中二氧化硅

文献[1]中提出测定二氧化硅的分析方法。在此基础上,本文使用聚四氟乙烯高压密封消化罐分解样品,避免环境污染。配合硅钼蓝光度法完成碳化硅中二氧化硅的测定。 1 试验部分     

高比表面积有序介孔Ni/SiC催化CH4-CO2重整反应

采用纳米浇铸法制备了高比表面积（345 m²/g）且孔径均一的有序介孔SiC材料（SiC-OM），以商用SiC（49 m²/g，SiC-C）材料为参比载体。采用等体积浸渍法分别制备了Ni/SiC-OM和Ni/SiC-C，并考察其在CH₄-CO₂重整反应中的催化性能。利用ICP、BET、XRD、H₂-TPR、XPS、HRTEM、TG和Raman等手段对反应前后的两种催化剂进行表征。结果表明，在700℃、1.013×10⁵ Pa和12 L/（h·g）的重整条件下，Ni/SiC-OM的平均积炭速率比Ni/SiC-C降低了一个数量级，这主要归因于强金属-载体相互作用和有序介孔骨架的"限域效应"作用。     

C／SiC复合材料的合成及在氨合成反应中的应用

以蔗糖为碳源,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,草酸为凝胶剂采用溶胶凝胶法制备出前躯体,高温碳热还原合成C/SiC复合物,其比表面积为333 m2/g,孔半径集中在7.9 nm;总孔体积在0.52 cm3/g;以其为载体,钉为活性金属组分,钡和钾为助剂制备催化剂,将其应用于氨合成反应,考察其催化活性.当催化剂中Ru,Ba和K质量分数分别为3.28%,3.28%和11.48%时,在10.0 MPa,空速为10 000 h-1,435℃条件下,出口氨浓度达15.20%(体积分数).     

Pd/SiC催化碘代芳烃和芳基硼酸羰化Suzuki偶联反应性能

以高比表面积碳化硅为载体,通过液相还原法制备出Pd/SiC催化剂,并用于催化碘代芳烃和芳基硼酸羰化Suzuki偶联反应.利用X射线衍射、电感耦合等离子体质谱和高分辨透射电子显微镜等对催化剂进行了表征.结果表明, SiC表面的Pd纳米颗粒分散均匀,平均粒径约为2.8 nm.在优化溶剂、碱、压力和温度等反应条件后,发现以3 mmol的K2CO3和10 mL苯甲醚分别为碱和溶剂,1.0 mmol碘苯和1.5 mmol苯硼酸在3 wt% Pd/SiC催化剂存在的条件下,在CO压力为1.0 MPa和100oC下反应8 h即可实现羰化偶联,碘苯转化率为90%,二苯甲酮选择性为99%.并且, Pd/SiC对含有不同官能团的碘代芳烃和芳基硼酸羰化Suzuki偶联反应具有较好的普适性.同时, Pd/SiC也具有较好的稳定性,经5次循环反应后,碘苯转化率从90%降至76%;催化剂活性降低的主要原因是活性组分Pd在有机反应体系中的流失.