圆柱形光声池结构及环境因素对声学本征频率的影响

以典型的圆柱形光声池为研究对象,建立光声池声学仿真有限元模型,并在此基础上,研究了光声池中谐振腔、缓冲腔、进出气孔结构参数以及温度、湿度因素对其声学本征频率的影响规律.研究结果表明:圆柱形光声池的进、出口孔对其声学本征频率影响极不敏感,设计计算中可以忽略不计,谐振腔的长度影响最为敏感,其次为谐振腔的直径.此外缓冲腔的长度与直径对其亦有一定影响,因而在准确计算时需要加以考虑.温度与湿度对光声池声学本征频率的影响均呈现正线性增长规律,温度的影响随着谐振腔长度的增大而减小,湿度的影响随着温度的升高而增大,仅计算光声池的声学本征频率时,湿度的影响在室温环境下且湿度变动较小的条件下可以忽略.     

基于微腔效应增强单层二硫化钨光吸收

提出基于金属薄膜-分布式布拉格反射器微腔效应增强单层二硫化钨光吸收的多层薄膜结构.运用光学传输矩阵理论研究了其输运特性,发现由于金属薄膜-分布式布拉格反射器的微腔效应,在间隔层和覆盖层之间形成电场强度极大值,有效促进入射光与单层二硫化钨的相互作用.综合优化金属层、间隔层和覆盖层厚度,单层二硫化钨在612 nm处的光吸收提高了38倍,达到78.42;.进一步探讨了光入射角、分布式布拉格反射器周期、间隔层折射率与单层二硫化钨光吸收的关系.研究结果表明,上述结构参数的变化可有效调控单层二硫化钨的吸收峰值.研究结果为制备高性能单层二硫化钨光电探测器等新型光电子器件提供了新思路.     

提高氧化铁光电催化分解水效率的策略进展

为了解决能源危机与环境污染问题,发展一种可再生的清洁能源至关重要.太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源,而氢气是一种良好的能源载体.利用太阳能光电催化水分解制氢,是一项有望能够解决能源与环境问题的技术,具有很大的应用前景.其中,氧化铁因为具有合适的能带位置与带隙、良好的稳定性与廉价无毒等优点,成为一种理想的光阳极材料.但是,在实际的测试中,氧化铁仅仅只能得到一个较低的光电转换效率,这可能是因为其较短的空穴扩散距离、较低的电导率以及极度缓慢的水氧化反应动力学所致.整个光电催化水氧化可分为三个过程,即光吸收过程、电荷分离过程以及表面空穴注入过程.这三个过程的效率共同决定了器件的太阳能转化效率.鉴于此,本文将从如何提高这三个效率的角度出发,总结近期研究报道中提高氧化铁光电催化分解水效率的一些策略.光吸收过程是指半导体中价带的电子在吸收具有一定能量的光子后发生跃迁,产生空穴-电子对的过程.其光子的损失主要来源于光的反射、透射以及半导体吸收边的限制.提高光吸收效率的主要策略包括制备具有特定纳米结构的氧化铁电极、利用表面等离子体共振效应以及组成双光吸收系统和掺杂等.电荷分离过程指的是受光激发产生的空穴电子对,在内建电场的作用下发生电荷分离,即光生空穴流向电极表面,光生电子流向半导体内部并从外电路导出.电荷分离效率的损失主要来源于光生载流子在迁移过程中的复合.因此,为了提高电荷分离效率,常见的策略是提高载流子在电荷分离过程中的复合时间τ₁和减少电荷迁移到表面(空穴)或者基底(电子)的时间τ₂.具体的策略包括制备特定的纳米结构(缩短体表相距离,减少τ₂)、构建异质结(增强能带弯曲,提高τ₁和减少τ₂)、掺杂(减少τ₂)和钝化复合中心(提高τ₁)等.表面空穴注入是指到达表面的光生空穴发生水氧化反应生成氧气的过程.除了空穴注入外,表面还可能存在复合与逆反应过程.因此,为了提高表面空穴注入效率,我们既可以提高水氧化反应动力学,具体的手段包括引入水氧化催化剂、F掺杂和碱处理等;也可以采用减少复合反应的策略,具体的方法包括引入钝化层、酸处理和高温热处理等;还可以采用减少逆反应的方法,最常见的手段就是在基底与氧化铁层之间引入电子阻挡层.上述三种途径都能提高表面空穴注入效率.最后,通过结合上述的一些策略,目前得到的最高性能的氧化铁电极在1.23 V(相对于可逆氢电极)能够达到6 mA cm^?2的光电催化分解水电流,但这个值依然明显低于氧化铁的理论值(12.6 mA cm^?2).这可能是由于体相复合所致.除此之外,氧化铁表面的水氧化机理现在依然不清晰,这些都是需要我们在未来解决的问题.     

Au@碳球复合结构中Au颗粒位置调控光吸收

采用时域有限差分（FDTD）法研究Au纳米颗粒@碳球（AuNPs@CS）复合结构的光吸收控制。发现Au纳米颗粒@碳球复合结构中Au颗粒的位置可以控制复合结构光吸收。模型计算中选取两粒Au纳米颗粒以最佳深度（0 nm）嵌入碳球表面。当两粒Au颗粒球心与碳球球心夹角为22.5°和45°时,复合结构光吸收较单一碳球光吸收明显增强;当夹角为315°、270°、180°、90°时,光吸收增量逐渐减小;当夹角为337.5°时,光吸收量低于单一碳球。这一结果主要归因于Au纳米颗粒位置变化可引起表面等离子体光强度和光散射方向的变化。改变碳球表面Au纳米颗粒的数量和位置,可以进一步调节AuNPs@CS复合结构的光吸收。     

光吸收法测量颗粒物方法的校准研究

鉴于目前大气悬浮颗粒物的排放日益严重,对全球气候、环境产生重要影响,由于大气悬浮颗粒在特定波长下的吸收和散射,气溶胶颗粒的吸收系数相对较小,因此不能消除光吸收系数测量的散射,难以精确测量吸收系数。本文用大气悬浮颗粒物吸收系数来衡量光在大气传播过程中的强弱,并利用大气悬浮颗粒物吸收系数来估计大气悬浮颗粒物的辐射强度,对如何准确测量悬浮颗粒物吸收系数进行了研究。本研究使用自行研制的自动连续黑碳气溶胶测量系统COSMOS进行测量,精确测量吸收系数。研究结果表明本论文提出的系统和校准方法测量的黑碳气溶胶浓度具有精度高,成本低的优点,其测量结果跟商品化仪器测量结果大致一样。     

处理NaCs光解离问题的两种方案比较

利用含时波包动力学方法中的劈裂算符-傅里叶变换传播方案和切比雪夫多项式展开方案研究了Na Cs分子的光吸收截面,并对由这两种方案计算得出的结果进行了比较.结果表明劈裂算符-傅立叶变换传播方案能更好地展示光吸收截面的中间动力学信息,而在研究初始波包与光吸收截面的关系时,由切比雪夫多项式展开方案获得的结果则更直观.利用后一方案计算的从基态X1∑+不同振动态跃迁到激发态B1∑+上相应的光吸收截面的结果表明,初始波包对光吸收截面有一定的影响,所有振动态的吸收截面均表现出谐振行为,即每一个振动态吸收截面最小值的个数恰好等于基态振动态波函数节点的个数,这种节点映射行为与映射原理相符合.     

基于可调控多肽纳米管和石墨烯复合纳米结构的光吸收催化平台

近年来, 自组装纳米结构因为其容易制备、稳定、环保以及与各种功能基团、粒子等的多样结合能力吸引了科学家们的目光, 成为人们研究的热点课题, 在光电池、光催化、水凝胶、药物缓释等方面的实验科学领域得到了广泛的应用. 尤其是光催化方面, 自组装结构的重复性为激子的传递创造了比较良好的条件, 成为众多激子传递平台中的佼佼者. 本文报道了一种以苯丙氨酸二肽纳米管和羧基石墨烯为基础的自组装光吸收催化平台, 对其结构进行研究, 并使用该体系进行了烟酰胺腺嘌呤二核苷酸到它的还原态的催化实验. 该体系的微观结构由纳米管和石墨烯膜复合而成, 羧基石墨烯的存在能够降低纳米管直径, 实现纳米管的形态操控, 石墨烯与多肽纳米管复合纳米结构的存在实现了多通道协同激子传递, 降低了激子传递的距离, 极大增强了催化中心对于激子的接受和使用效率. 在复合了光敏剂和催化中心之后, 该体系具有较高的稳定性, 均一的分散性, 很强的光能吸收和转化能力等性质. 对于从NADP⁺往NADPH转变的催化实验表明, 该体系有较高的反应速率和催化效率, 并且比两种单一结构催化平台效果之和更好, 实现了一加一大于二的效应, 展现了复合纳米结构光吸收催化平台的巨大潜力和广阔应用前景.     

光电催化二氧化碳还原研究进展

CO_2是最常见的化合物,作为潜在的碳一资源,可用于制备多种高附加值的化学品,如一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸等。传统的热催化转化CO_2方法能耗高,反应条件苛刻。因此,如何在温和条件下高效地将CO_2转化成高附加值的化学品,一直以来是催化领域的研究热点和难点之一。光催化技术反应条件温和、绿色环保。然而,纯光催化反应普遍存在太阳能利用效率有限,光生载流子分离效率低等问题。针对上述问题,在光催化的基础上引入电催化,可以提高载流子的分离效率,在较低的过电位下,实现多电子、质子向CO_2转移,从而提高催化反应效率。总之,光电催化技术可以结合光催化和电催化的优势,提高CO_2催化还原反应效率,为清洁、绿色利用CO_2提供了一种新方法。本文依据光电催化CO_2还原反应基本过程,从光吸收、载流子分离和界面反应等三个角度综述了光电催化反应的基本强化策略,并对未来可能的研究方向进行了展望。     

光辐射吸收材料表面形貌与吸收率关系研究

光辐射吸收材料不同的表面形貌对入射光具有不同的多重反射吸收效果,对光辐射的吸收有较大的影响,合适的表面形貌可以提高光辐射有效吸收率.本文通过光线追迹的方法对V形表面、正弦表面、具有正态倾角(平均倾角)分布的表面以及具有正态高度分布的表面进行模拟, 分析了这四种表面对光辐射吸收率的提升效果及其入射角特性.通过倾角分布分析,得出不同表面形貌提升吸收率共同的必要条件,即倾角中心分布至少大于30°,并指出V形表面在正入射时对吸收率提升的优越性. 关键词： 光吸收材料 表面形貌 吸收率 表面倾角分布     

溶剂热法CuInSe2粉体的形貌可控制备与表征

采用溶剂热法,通过改变反应温度和初始nCu/nIn比制备了一系列CuInSe2粉体。粉体的物相结构、形貌、光吸收性能分别用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)进行了表征。结果表明:180℃反应即可形成纯黄铜矿型CuInSe2粉体;随着反应温度的升高,粉体形貌有"片-片簇-球簇"的演变规律,其光吸收性能也随之增强,出现"红移"现象;初始nCu/nIn比能有效调控片簇的致密度。同时探讨了粉体不同形貌的形成机理。