锌掺杂对TiO2染料敏化电池光阳极中电荷俘获态分布及电子复合过程的影响

基于瞬态光电压和瞬态光电流技术研究了锌掺杂的TiO2染料敏化太阳能电池中电子复合及传输的动力学行为.通过实验获得了不同阳极掺杂条件下的电子复合时间常数与电子收集时间常数,考察了锌掺杂对电池阳极材料导带能级和电子俘获态的影响.研究结果表明,锌的掺杂在提高TiO2导带能级的同时延长了俘获态电子的复合时间常数,从而大大提高了电池的开路电压.     

硫化钴装饰BiVO4光阳极提升其光电化学水分解性能

太阳能驱动的光电化学(PEC)水分解可以有效地将太阳能转化为化学能,作为解决环境排放和能源危机最具前景的途径之一,已经引起了科学界的广泛关注.PEC水分解系统由两个半反应组成:在光阳极上的析氧反应(OER)和光阴极上的析氢反应(HER).PEC系统的太阳能转化效率主要由光阳极/电解质界面的OER过程所决定,这是一个非常复杂且涉及质子偶联的多步四电子转移过程.钒酸铋(BiVO₄)是应用于PEC水分解的典型且具有实际应用前景的光阳极材料之一.然而,由于不良的表面电荷转移、电荷在光阳极/电解质结面处的表面复合以及缓慢的OER动力学等因素,导致BiVO₄的PEC性能受到严重限制.本文开发了一种新颖有效的解决方案,以低成本、高电导率和具有快速电荷转移能力的硫化钴装饰来提升BiVO₄光阳极的PEC活性,X射线多晶衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征,研究结果表明CoS成功装饰于BiVO₄表面.采用紫外-可见吸收光谱(UV-VisDRS)研究了BiVO₄和复合光阳极CoS/BiVO₄的光学性质,结果表明,与纯的BiVO₄相比,CoS/BiVO₄光阳极在可见光范围内光吸收能力有所增强.将制备的BiVO₄和CoS/BiVO₄光阳极应用于PEC分解水实验中,结果表明,相对于1.23 V可逆氢电极,在光照下,CoS/BiVO₄光阳极的光电流密度显著提升,可高达3.2 m Acm^-2,是纯BiVO₄的2.5倍以上.与纯BiVO₄相比,CoS/BiVO₄光阳极的起始氧化电位显示出负向偏移0.2 V,表明析氧过电势得到有效减小.入射光子转换效率(IPCE)测试结果表明,CoS/BiVO₄光阳极的入射光子转换效率在500 nm之前的可见光范围内得到明显提升,其中,CoS/BiVO₄的IPCE值在380 nm处达到最大.此外,由于CoS的装饰作用,CoS/BiVO₄光阳极的电荷注入效率和电荷分离效率均得到较大的提升,分别达到75.8%(相较于纯BiVO₄光阳极的36.7%)和79.8%(相较于纯BiVO₄光阳极的66.8%).电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,通过CoS的装饰,CoS/BiVO₄光阳极的界面电荷转移电阻得到有效降低,证明其界面电荷转移动力学得到有效提升.光致发光光谱测试结果表明,CoS的装饰显著提高了BiVO₄的光生电子-空穴对的分离效率,进一步证明BiVO₄表面的CoS装饰在其PEC分解水中起着非常积极的作用.本文为通过表面修饰设计应用于PEC水分解的有效的光阳极提供了新思路.     

Ni掺杂对Ni/MgO体系中电荷分配影响

采用密度泛函理论(DFT)计算方法,研究了载体Ni掺杂对Ni/MgO催化剂的电子结构及其对CH_4/CO_2重整反应的影响。结果显示,随着载体Ni:Mg比的增加,CH_4解离吸附和CH_x氧化过程的反应能垒均会随之升高,CH也更容易产生热解C,从而导致催化剂的活性和稳定性的下降。通过分析重整过程的Hirshfeld电荷分配,发现金属载体之间电子转移的方向会随着载体中Ni含量的上升由载体向Ni金属转移变为由Ni金属向载体转移。当Ni金属富电子时,反应物活化时电子的转移主要发生在表层Ni原子与吸附物种之间,参与氧化的CH_x物种为CH_2;当Ni金属缺电子时,反应物活化时Ni簇的电子结构基本保持稳定,电子主要在载体表层的Ni原子与反应物之间转移,CH是主要参与氧化的CH_x物种。     

不同能量质子辐照诱发CCD图像传感器性能退化实验与分析

为了评估电荷耦合器件(CCD)在空间科学探测以及航天卫星成像等空间辐射环境中应用的可靠性,揭示了CCD转换增益以及线性饱和输出等重要性能参数的退化机制及其实验规律。辐照实验在质子回旋加速器上进行,质子能量为60 MeV和100 MeV,质子注量分别为1×10¹⁰ cm^-2、5×10¹⁰ cm^-2和1×10¹¹ cm^-2。将CCD的主要性能参数在两个不同能量质子辐照后进行比较,实验结果表明,CCD的性能参数对质子辐照产生的电离损伤和位移损伤非常敏感,辐照后转换增益和线性饱和输出明显下降,且暗信号尖峰和暗电流明显增大。此外,分析了质子辐照CCD诱发的电离损伤和位移损伤,给出了CCD性能参数退化与质子辐照能量和注量的变化关系曲线。     

空间电荷和介质表面电荷对微放电演化过程的影响

微放电是制约航天器微波部件功率容量的主要瓶颈之一。以介质微波部件中典型的介质加载平行板波导为例,基于三维粒子模拟分别对仅考虑外加微波场（情况1）、考虑外加微波场和空间电荷（情况2）以及考虑外加微波场、空间电荷和介质表面电荷（情况3）三种情况下微放电演化过程中电子数目、瞬态二次电子发射系数、归一化反射波电压以及介质表面与上金属板之间的间隙电压随时间的变化进行了仿真,并给出了情况3电子分布和介质表面电荷密度随时间的变化过程。在此基础上,明确了空间电荷和介质表面电荷在微放电过程中所起的不同作用：即空间电荷会使微放电达到饱和状态,介质表面电荷则导致微放电饱和状态无法持续,最后自行熄灭。介质表面电荷导致了微放电过程中介质和金属瞬态二次电子发射系数下降速率不一致,归一化反射波电压幅度随时间变化的包络类似于“眼睛”形状、间隙电压类直流偏置、非对称电子能量分布等特殊现象。     

低能电子穿越绝缘体微孔膜动力学过程研究

采用二维位置灵敏的微通道板探测器对能量为1500 eV的低能电子束穿过孔径为400 nm、未经照射过的的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微孔膜后的全角分布以及时间演化进行了测量,同时采用自制的积分式能谱测量装置测量了穿透电子的能量分布。实验结果表明:在充电阶段,当入射电子束束流较弱时,透射电子强度随充电时间逐渐上升;充电过程中,透射电子的角分布宽度由小变大,但是角分布中心基本不随膜的倾角移动。对出射电子达到平衡态时的电子能谱的测量表明,穿透电子的能量保持着入射时的能量。对于理解电子在绝缘体微孔中的传输给出了新的实验证据,给出了可能形成“导向效应”的微孔内部电场的条件。     

拉伸到大核间距的分子离子谐波辐射谱上复杂干涉结构的物理起源

通过数值和解析的方法研究了拉伸到大核间距的分子离子的高次谐波辐射,重点研究了与短轨道贡献相关的谐波辐射谱的精细结构.研究结果表明,大核间距分子离子的短轨道谐波辐射谱呈现了复杂的干涉结构.通过利用一个考虑了电荷共振效应的强场近似模型,可以分辨这些复杂的干涉结构的物理起源:谐波辐射谱上一些干涉最小来源于电离过程中的两中心干涉效应,而另外一些干涉最小来源于再结合过程中的两中心干涉效应,电离干涉最小与再结合干涉最小交替出现.与电离过程不同,再结合过程中,库仑加速会显著改变再结合电子的德布罗意波长,从而改变干涉最小的位置.     

第4届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题1的介绍与解答

第4届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题1为隐藏的电荷,本文详细介绍了试题1的命题、虚拟实验考试流程和解答,结合物理背景知识和实际应用介绍了命题目的,并分析了参赛学生的答题情况.试题1通过测量电子的初动能和入射、出射位置,计算出待测电荷的位置和电量,可用于理论力学、原子物理等教学内容.     

一种新型BEPCII束团电荷测量系统

介绍了一种新型传感器Turbo-ICT在BEPCII输运线电荷量测量上的应用。 该探测器的电荷测量系统具有强抗干扰能力和较高的信噪比,能满足各种运行模式,尤其是Top-Up模式时的测量需求。介绍了该系统的工作原理、设计思想和功能。目前,该系统已在BEPCII电子输运线上在线应用于电荷量测量和注入效率的计算,文中给出了实际测量结果以及该系统进一步优化的方案。