氧化锌单晶生长、载流子调控与应用研究进展

氧化锌(ZnO)是一种历史悠久的材料,由于其微观结构非中心对称,最初被预测可以应用于压电和非线性光学领域,又因为它在室温下具有宽的禁带和高的激子束缚能,是一类重要的第三代宽禁带半导体材料,在半导体领域受到了广泛关注。然而,在实际应用中,ZnO在上述各个领域都遇到了一些瓶颈问题:在压电领域,原本被认为是绝缘的ZnO出现了意外的导电性;在非线性光学领域,ZnO的折射率差很小,难以获得好的相位匹配;在半导体领域,难以同时获得高载流子浓度、高迁移率、高热稳定性的p型ZnO。本文主要针对以上ZnO的应用前景及相关瓶颈问题进行了总结,并提出了适用于离子型化合物半导体的载流子调控普适性理论,即:载流子类型完全由材料的精细化学组分完整表达式来决定。这一规则将原本被认为是无关的材料精细化学组分完整表达式和载流子类型两个概念联系起来,在认识上具有很大的突破,并形成了材料科学研究的新范式。该范式成功指导了高绝缘和高热稳定性的n型ZnO单晶以及高迁移率掺Al∶ZnO薄膜的生长,并为高载流子浓度、高迁移率、高热稳定性p型ZnO的制备提供了新思路。近来,除了上述应用领域外,ZnO还被发现在超快闪烁体和中红外(MIR)透明导电窗口领域具有较大的应用贡献,并推测这些领域很可能领先于ZnO原本受到重视的研究领域而取得真正的应用进展。     

海绵状纳米结构TiO2膜的制备及其光催化活性

采用电化学阳极氧化法在钛表面构筑了海绵状纳米结构TiO2膜. 应用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对膜层的形貌和晶型进行了分析和表征, 考察了阳极氧化时间对膜层厚度的影响, 并通过海绵状纳米结构TiO2膜对甲基橙的光催化降解研究了膜层厚度与光催化活性的关系. 结果表明, 海绵状纳米结构TiO2膜对甲基橙具有光催化降解作用, 而且随着膜层厚度的增加, 光催化降解速率显著增大, 厚度为2.2 μm的海绵状纳米结构TiO2膜对甲基橙的光催化降解速率是厚度为480 nm的6.4倍.     

Co1-xS-MnS@CNTs/CNFs的制备及其氧还原电催化性能

氧还原反应是燃料电池中重要的阴极反应,但由于动力学迟缓等问题导致其效率低。碳基材料具有导电性高、稳定性好、比表面积大等优点,常被应用于电催化氧还原反应。然而其在电催化氧还原反应中效率较低,对碳基材料进行Co、Mn掺杂有望提高其氧还原效率。本文采用静电纺丝技术制备出含有Co,Mn双金属的碳纳米纤维,经热解和硫化后碳纳米纤维上形成许多包裹Co_1-xS和MnS纳米颗粒的碳纳米管（记为Co_1-xS-MnS@CNTs/CNFs）,垂直生长在碳纳米纤维表面。通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱对Co_1-xS-MnS@CNTs/CNFs的形貌、结构和组成进行表征,发现仅在Co_1-xS和MnS同时存在的情况下碳纳米纤维表面才能生长碳纳米管。小颗粒的MnS为碳纳米管的生成提供成核位点,大颗粒的Co_1-xS促进碳纳米管生长,最终形成Co_1-xS-MnS@CNTs/CNFs。碳纳米管的形成不仅在金属颗粒表面形成一道屏障,防止其聚集、溶解,而且提高了碳纳米纤维的导电性,使其电催化性能及稳定性得到很大提升。电催化测试证明,Co_1-xS-MnS@CNTs/CNFs相较于不含金属的碳纳米纤维（CNFs）及含单金属的硫化锰碳纳米纤维（MnS/CNFs）或硫化钴碳纳米纤维（Co_1-xS/CNFs）具有更优异的电催化氧还原（ORR）性能,且在氧还原反应过程中表现出高效的四电子转移。其甲醇耐受性及长期稳定性显著优于商业Pt/C电催化剂。     

Ti基TiO_2纳米管阵列的改性及其光催化降解有机污染物

对近年发展的Ti基TiO2纳米管阵列改性的方法及其在光催化降解有机污染物方面应用的研究进展进行了全面的综述,分析了当前存在的问题,并对TiO2纳米管阵列材料研究的发展趋势进行了展望.     

Fe、N共掺杂TiO2纳米管阵列的制备及可见光光催化活性

应用电化学阳极氧化法结合浸渍和退火后处理制备了Fe和N共掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂,并用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)仪对其进行了表征.结果表明,Fe、N共掺杂对TiO2纳米管阵列的形貌和结构没有明显影响,Fe和N均掺入了TiO2晶格.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱显示Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列的吸收带边较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列红移,可见光吸收增强.以可见光催化降解罗丹明B(RhB)考察了材料的光催化活性,Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列对RhB的降解速率较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列明显提高,证明了Fe、N共掺杂产生的协同效应提高了TiO2纳米管阵列在可见光照射下的光催化活性.