在光催化还原CO2中具有高催化效率的八面体Cu2O修饰的TiO2纳米管

光催化还原CO2生成烃类燃料是一种可同时解决全球变暖和能源危机问题的最有效途径之一。尽管这方面的研究已经取得了一定的进展,但是整体的光催化转换效率还非常低。因此,需要发展更加高效的催化剂。由于半导体材料禁带宽度与太阳光谱相匹配,人们已经对其进行了广泛研究。其中TiO2因具有无毒、强氧化性以及良好的光学和电学性质等而成为最主要的研究对象。但是对于光催化还原CO2反应来说, TiO2仍存在很多不足,如只能吸收太阳光谱中的紫外光,光生载流子会快速结合,以及光生空穴的强氧化能力等,这些都限制了其光催化还原CO2的效率。采用窄禁带宽度半导体修饰TiO2是解决上述不足的有效途径之一。本文采用简单的电化学方法成功制备了一种由窄禁带半导体Cu2O修饰的TiO2纳米管(TNTs)的复合物,并运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)表征了所制备复合物的形貌、化学组成和结晶度。表征结果显示,所制备的TiO2为整齐排列的纳米管阵列结构;复合物中的纳米颗粒为Cu2O;当电化学沉积Cu2O的时间为5 min时,得到的Cu2O纳米颗粒初步呈类八面体结构。随着沉积时间的增加, Cu2O颗粒尺寸增加,具有八面体结构。 XRD和XPS结果表明, TiO2纳米管为锐钛矿,八面体Cu2O纳米颗粒的主要暴露晶面为(111)面。我们还进一步研究了不同量Cu2O纳米颗粒修饰的TiO2纳米管复合物在可见光以及模拟太阳光下光催化还原CO2的能力。在可见光下,由于自身的禁带宽度,纯净的TiO2纳米管没有任何光催化还原CO2的能力;经过Cu2O纳米颗粒的修饰,复合物显现出明显的光催化还原CO2的能力,其中经过30 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在模拟太阳光下,经过15 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在所有光催化还原CO2过程中,主要碳氢产物为甲烷。为了深入地理解该复合体系在还原CO2中的高催化效率,我们对催化剂进行了进一步的表征。紫外-可见漫反射光谱表明, Cu2O八面体纳米颗粒的沉积将TNTs的吸收光谱拓展到了可见光区域,提高了复合物对太阳光的吸收能力。此外,我们还通过测试所制样品的光电流反应、荧光发射光谱以及电化学阻抗谱,研究了催化剂中光生电子和空穴的分离和迁移能力。结果表明,适量的Cu2O沉积提高了复合物对光的吸收能力,增加了光生载流子的数量,从而使更多的光生载流子参与光催化反应。综上,本文首次报道了八面体Cu2O纳米颗粒修饰TNTs复合物的光催化还原CO2的能力。在一定量的Cu2O纳米颗粒修饰下,该复合物在光催化还原CO2生成烃类反应中表现出高效性。经过一系列详细的表征和讨论,我们认为其高效性主要源于三个方面：(1) TNTs的管状结构为反应物的吸附提供了大量的活性位点,同时一维的管状结构更有利于光生载流子的运载,从而提高了电子和空穴的分离;(2) Cu2O纳米颗粒的修饰提高了催化剂对光的吸收,促进催化剂最大程度地利用太阳光;(3) TiO2和Cu2O之间导带以及价带位置的匹配,在减少光生载流子复合的同时也降低了TiO2价带上空穴的氧化能力,从而抑制了CO2还原产物的再氧化过程。     

极化子效应对ZnS/CdSe核壳量子点光吸收系数的影响

在有效质量近似下,利用量子力学密度矩阵理论,从理论上研究了考虑极化子效应后核壳量子点中线性、三阶非线性以及总的光吸收系数在不同条件下随入射光能量变化的关系。通过数值计算,分析了电子-LO声子和电子-IO声子相互作用对ZnS/CdSe柱型核壳结构量子点光吸收系数的影响。结果表明,极化子效应对光吸收系数有很大影响,不同声子模式对光吸收系数影响大小不同。考虑电子-LO声子后,光吸收系数被大大提高。另外,入射光强和弛豫时间对系统的吸收系数也有很大影响。     

Stability and optoelectronic property of lead-free halide double perovskite Cs2B'BiI6 (B' = Li,Na and K)

Although lead-based perovskite solar cells have achieved more than 25% power conversion efficiency, the toxicity of lead and instability are still urgent problems faced in industrial application. Lead-free halide double perovskite (DP) materials are promising candidates to resolve these issues. Based on the density functional theory, we explore the geometric stability, thermodynamic stability, mechanical stability, electronic structures, and optical properties of the Cs₂B'BiI₆ (B' =m Li, Na and K) DP materials. By analyzing the tolerance factor and octahedral factor, we find the geometric stabilities of Cs₂NaBiI₆ and Cs₂KBiI₆ DPs are better than Cs₂LiBiI₆. By calculating the total energy, formation energy and decomposition energy, we propose that the most favorable structure of Cs₂B'BiI₆ is the orthorhombic phase, and Cs₂LiBiI₆ is less stable relative to the other two counterparts from an energetic viewpoint. Mechanical stability evaluations reveal that the orthorhombic Cs₂LiBiI₆ material is less stable relative to the isostructural Cs₂NaBiI₆ and Cs₂KBiI₆ DPs. The mechanical property calculations indicate that the Cs₂B'BiI₆ DPs possess good ductility, which can be used as flexible materials. Electronic structures and optical property calculations show that the orthorhombic Cs₂B'BiI₆ DPs have suitable band gap values, weaker exciton binding energies, and excellent optical absorption performance in the visible-light range. Based on the above comprehensive assessments, we can conclude that the orthorhombic Cs₂NaBiI₆ and Cs₂KBiI₆ DPs with good stability are promising candidates for solar cell applications.     

湖北省物理学专业（本科）建设研讨会论文集：物理学基础课程体系和教学内容的改革与实践

文分析了普通高校本科物理学专业物理基础课程体系和教学内容的状况，结合教学实践，探讨了物理基础课程体系和教学内容的改革与整合。     

First-principles study of orbital ordering in cubic fluoride KCrF_3

Comprehensive first-principles calculations are performed to provide insight into the intriguing physical properties of the ternary cubic fluoride KCrF3. The electronic structures exhibit a prominent dependence on the effective local Coulomb interaction parameter Ueff. The ground state of the cubic phase is a ferromagnetic （FM） half-metal with Ueff equal to 0, 2, and 4 eV, whereas the insulating A-type antiferromagnetic （A-AFM） state with concomitant homogeneous orbital ordering is more robust than the FM state for Ueff exceeding 4 eV. We propose that the origin of the orbital ordering is purely electronic when the cooperative Jahn-Teller distortions are absent in cubic KCrF3.     

Cu_2O纳米阵列的铜阳极氧化法制备及其光催化杀菌性能研究

本文通过阳极氧化法直接在铜片上生长出纳米氧化亚铜阵列,所得到的样品通过扫描电子显微镜(SEM),紫外可见漫反射(UV-Vis diffuser reflectance),X-射线光电子能谱(XPS)等方法进行了表征,并研究了不同形貌氧化亚铜的杀菌效果.实验结果表明:反应过程中在阳极液中加入一定量的CTAB,有助于氧化亚铜的定向生长.通过控制反应条件(如电流密度,温度,和反应时间),可以得到不同形貌的氧化亚铜.随着电流密度的增大,氧化亚铜的形貌从网状,片状到棒状进行转化.所得到氧化亚铜的禁带宽度为1.95 eV.用所得样品进行杀菌实验,1 h内棒状氧化亚铜的杀菌率达到90.85%,而其它形貌的氧化亚铜杀菌率只有50%左右,与空铜片的杀菌率30%相比,所制得氧化亚铜具有较好的杀菌效果.     

n型Cu2O薄膜的简易水热法制备及其光电化学性能

采用一种简单的水热法,通过控制反应时间,使用铜片在只含有Cl~-的非含铜前驱物的NaCl溶液中生长出了n型Cu_2O薄膜。对制备的样品进行了X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和光电化学等表征或测试。本水热法相对其他的水热法工艺更简单,成本更低且能进行快速大规模化的生产。且得到的n型Cu_2O薄膜晶化程度高,经过Cl~-掺杂后,载流子浓度高达9.75×10~(17) cm~(-3),在可见光照射下表现出较好的光电转换性能。光电化学和电化学阻抗谱表明在中等浓度(0.1 mol·L~(-1))NaCl溶液中90℃的条件下水热反应50 h制备的Cu_2O薄膜具有最好的光电性能。     

基于双矩形腔边耦合波导的等离子体诱导透明效应

为了降低功耗、实现超快速响应,设计了一种基于双矩形腔边耦合等离子体波导系统,并研究了其等离子体诱导透明效应.采用光学Kerr效应超快调控石墨烯-Ag复合材料波导结构,实现1 ps量级的超快响应时间.动态调控等离子体波导的传输相移,当泵浦光强为5.83 MW/cm^2时,等离子体诱导透明系统能够实现透射光谱π相移,这是因为基于石墨烯-Ag复合材料结构等离子体波导具有大的等效光学Kerr非线性系数,表面等离子体激元局域光场和等离子体诱导透明效应慢光对光学Kerr效应产生了协同增强作用,大大降低了系统获得透射光谱π相移的泵浦光强.等离子体诱导透明效应透明窗口的可调谐带宽为40 nm,系统的群延时控制在0.15 ps到0.85 ps之间,并且光波通过间接耦合或者相位耦合机制实现了等离子体诱导透明效应相移倍增效应.耦合模式理论计算结果很好地吻合了时域有限差分法仿真模拟结果,研究结果对于低功耗、超快速非线性响应和紧凑型光子器件的设计和制作具有一定的参考意义.     

量子力学课程特点与学生创新思维培养

本文论述了《量子力学》课程的五大特点，阐述了针对该课程的特点在教学中渗透创新思维培养的方法。     

Nd0.7Sr0.3MnO3陶瓷中界面“陷阱态”相关电阻转变行为

通过固相烧结和高能球磨后热处理两种方法分别得到不具晶(相)界和具有明显晶(相)界的两种Nd_0.7Sr_0.3MnO₃陶瓷样品, 并用两线法和四线法分别对这两种样品的电极-块体接触界面和晶(相)界界面的I-V和电脉冲诱导电阻转变效应(EPIR)进行研究. 结果发现, 在两线法测试下, 电极-块体界面具有回滞的非线性I-V特征, 并能产生稳定的EPIR效应, EPIR的稳定性随温度的升高逐渐减弱并消失; 而对具有明显晶(相)界的陶瓷样品, 四线法测试结果表明, 虽然其I-V行为也具有非线性和回滞性特点, 但不能产生EPIR 效应. 这些奇特的界面输运行为与界面中的各种缺陷充当“陷阱”并实现对载流子的捕捉和释放过程密切相关. 而大量的晶(相)界界面及其复杂的连接方式导致较大的漏导则是晶(相)界不能出现EPIR效应的主要原因.