半导体纳米颗粒/金属-有机骨架复合光催化体系中的位置效应

本文采用超快瞬态吸收光谱技术研究了“半导体/金属-有机骨架(MOF)”复合体系中的位置效应. 半导体TiO₂纳米颗粒被嵌入或担载于一种典型的MOF材料Cu₃(BTC)₂. 通过实时跟踪这两个复合体系中的电子动力学行为,发现半导体与MOF之间形成的界面态可作为高效的电子转移纽带,其效率与二组份的相对位置密切相关,从而导致这两个复合体系光催化CO₂还原的性能差异. 本文对“半导体/MOF”复合体系中界面电子转移行为和效应的机理进行了解读,为基于MOF材料的光电化学应用提供了有益的设计思路.     

金属有机框架材料UiO-66-NH_2中的铜离子掺杂位置效应及相关动力学研究（英文）

本文通过调控合成构建了两种类型的铜离子掺杂金属有机框架(MOF)材料UiO-66-NH_2:一种是Cu~(2+)离子浸渍在MOF孔隙中所形成的Cu@UiO-66-NH_2,另一种则是Cu~(2+)离子部分取代Zr-O团簇中的Zr~(4+)离子所形成的双金属中心Cu-UiO-66-NH_2.超快光谱与动力学表征表明:与未掺杂的MOF相比,这两个铜离子掺杂的MOF体系均促进了与LCCT态相关的弛豫动力学,其促进程度的顺序为Cu-UiO-66-NH_2Cu@UiO-66-NH_2UiO-66-NH_2;这与它们在可见光光催化析氢活性测试中所观察到的趋势一致.该工作揭示了Zr基MOF体系中的铜离子掺杂位置效应及相关动力学,表明可在类似MOF体系中通过合理设计金属掺杂的具体位置来促进光致电荷分离、抑制有害的电荷复合,有利于提高MOF体系的光催化性能.     

金属有机框架材料UiO-66-NH2中的铜离子掺杂位置效应及相关动力学研究

本文通过调控合成构建了两种类型的铜离子掺杂金属有机框架(MOF)材料UiO-66-NH₂：一种是Cu²⁺离子浸渍在MOF孔隙中所形成的Cu@UiO-66-NH₂,另一种则是Cu²⁺离子部分取代Zr-O团簇中的Zr⁴⁺离子所形成的双金属中心Cu-UiO-66-NH₂. 超快光谱与动力学表征表明：与未掺杂的MOF相比,这两个铜离子掺杂的MOF体系均促进了与LCCT态相关的弛豫动力学,其促进程度的顺序为Cu-UiO-66-NH₂>Cu@UiO-66-NH₂UiO-66-NH₂;这与它们在可见光光催化析氢活性测试中所观察到的趋势一致. 该工作揭示了Zr基MOF体系中的铜离子掺杂位置效应及相关动力学,表明可在类似MOF体系中通过合理设计金属掺杂的具体位置来促进光致电荷分离、抑制有害的电荷复合,有利于提高MOF体系的光催化性能.     

类特异材料半导体复合结构中的电子Tamm态

通过选取具有特殊能带结构的半导体材料碲镉汞(Hg_1-xCd_xTe), 类比电磁体系得到了电子体系中的类单负材料、类双负材料等类特异材料, 然后将其组合成一维复合异质结构. 通过数值计算, 发现复合结构中存在新型电子Tamm态, 包括返向电子Tamm态和含类近零折射率材料复合结构中的电子Tamm态. 这些结果拓展了人们对电子Tamm态的认识.     

卤氧化铋与半导体光催化剂偶合研究新进展

两种半导体耦合能够形成异质结而使系统的电荷分离效率得到提高,扩展对光谱吸收范围,以便提高其光催化性能。半导体耦合在制备过程中容易受到制备方法、反应温度等影响,引起耦合半导体晶体结构和表面性质发生变化,从而使得其光催化量子效率增大。主要从以下三个方面进行了论述,(1) 卤氧化铋-氧化物偶合体系, 将半导体材料与BiOX进行复合,能够形成高效异质结型结构能提高光催化降解污染物光催化性能; (2)AgX-BiOX偶合体系, 与纯净的AgI或BiOI相比,复合光催化材料AgI/BiOI在可见光下具有更高的光催化反应活性。(3)卤氧化铋与其它化合物偶合体系,Bi₂S₃与BiOX进行偶合后,光生电子在两种催化剂中进行迁移,提高了电子与空穴分离效率,因而偶合物的光催化性能得到提高。另外,本文综述了近年来国内外半导体耦合制备方法、影响其光催化性能的因素、提高可见光利用效率的最新研究进展,并提出在半导体耦合研究中所要解决的主要问题及今后努力方向。     

二氧化钌对硫化镉超微粒体系界面电子转移及光反应的催化与阻催化作用

用ESR方法研究了二氧化钌对硫化镉超微粒子界面光诱导电子转移及光催化性能的影响, 结果表明, 与单一的硫化镉胶粒体系的作用不同, 在二氧化钌的存在下的CdS/RuO₂体系, 可对某些底物体系的光反应有明显的增强催化的作用, 而对另一些体系则产生抑制或负催化的作用. 此复合体系的协同作用也与单纯二氧化钌的催化作用有所不同, 故复合体系更有利于界面光反应过程与方向的控制.     

化合物半导体-绝缘体界面的界面态(续)

 三、界面态连续体的动态响应和分布多年来的大量研究结果表明把界面态处理为局域在半导体界面平面处的经典理论完全不能够解释化合物半导体-绝缘体界面的行为特点,从而使人们逐渐认识到界面态的空间分布特征.图3为半导体界面的能带结构示意图.在实际的I-S界面上,界面态是在绝缘体-半导体界面附近,在能量上和空间上的连续分布体(如图中点所示). 这里以n型半导体为例,通过绝缘体中的界面态对电子的捕获和发射过程说明界面态动态响应的特点.由于势垒△Ec的存在,空间分布的界面态与电子的作用只能依介量子力学的隧道效应得以进行.     

ThTiO_4~(-/0),Th_2TiO_6~(-/0)和ThTi_2O_6~(-/0)的电子结构和化学成键的密度泛函理论研究

本文采用B3LYP密度泛函理论方法,探究双核、三核掺杂钍氧簇体系ThTiO_4~(-/0)、Th_2TiO_6~(-/0)和ThTi_2O_6~(-/0)的几何构型、电子结构和化学成键等规律,并与等价电子体(TiO_2)-/0n(n=2,3)进行对比,研究掺杂效应对于掺杂体系的结构和成键等性质的影响.结果表明:掺杂钍氧簇与其等价电子体(TiO_2)-/0n(n=2,3)具有类似的键连方式.ThTiO_4~-中单电子占据的位置与Ti2O-4中单电子的所处位置类似,都是被两个金属原子共用,而Th_2 TiO_6~-,Th Ti_2O_6~-以及Ti_3O_6~-中的单电子均处于那个不含端氧的金属原子上.     

碳量子点/罗丹明B分子复合体系中的能量和电子转移过程研究（英文）

本文采用荧光光谱结合稳态和瞬态吸收光谱技术,研究了碳量子点(CQDs)/罗丹明B(RhB)分子复合体系o-CQDs/RhB和mCQDs/RhB中的能量转移和电子转移过程以及它们之间的关系.研究发现在能量转移效率为73.2%的o-CQDs/RhB体系中,电子转移过程可以忽略;而在能量转移效率低于33.5%的m-CQDs/RhB体系中,电子转移过程则较为显著.在这个由碳量子点和染料分子组成的典型复合体系中所揭示的能量转移与电子转移过程之间的内联关系,将为与激子猝灭相关的应用提供有用的视角.     

层状铁磁体Fe_(0.26)TaS_2的Andreev反射谱

如何避免界面反应、可靠地提取材料的自旋极化率是自旋电子学的一个基本问题.本文选取了一种独特的铁磁性层状过渡族金属硫化物Fe_(0.26)TaS_2,研究了单晶材料的磁性、电子输运和Andreev反射谱.磁性和输运结果表明,低温下Fe_(0.26)TaS_2单晶存在强磁各向异性、双峰磁电阻和反常霍尔效应.通过干法转移方案制备的干净界面的Fe_(0.26)TaS_2超导异质结的Andreev反射谱,发现该材料的自旋极化率为47%±7%.本文展示的干法转移制备超导/磁性异质结的方法可广泛用于测量各种二维磁性材料的自旋极化率.     

EDTA/SnO2双层复合电子传输层在钙钛矿电池中的应用

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池器件因其高效率受到广泛关注,而界面问题是制备高效钙钛矿太阳能电池的关键问题之一.本文研究了一种高效的乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid, EDTA)/SnO₂双层复合结构,将超薄的EDTA层与ITO(锡-铟氧化物)电极接触, SnO₂层与钙钛矿界面接触,作为电子传输层(ETL)用于制备钙钛矿太阳能电池.有趣的是,复合ETL的顶部SnO₂侧的表面形态可以通过调整下面的EDTA层来进行微调.通过调整EDTA膜厚,可以调控钙钛矿层结晶过程中的成核过程,调节了电子传输层与钙钛矿层之间的载流子提取过程.本文中制备的钙钛矿太阳能电池的回滞效应可以忽略,并且经过第三方认证,已经实现了20.2%的能量转换效率.     

专题导读

正重费米子化合物是一类典型的强关联电子体系,通常存在于含有f电子的镧系或者锕系金属间化合物中,近期在一些过渡金属化合物中也发现了类似的重费米子行为。在该类化合物中,局域电子与导带电子通过近藤效应杂化而形成复合费米子,其电子有效质量可高达自由电子的上千倍,"重费米子"因此得名。此外,局域电子与导带电子杂化会在费米能级附近打开一个能隙,根据能隙的大小以及费米能级的位置,重费米子体系可以是金属、半金属、半导体甚至绝缘体。     

半导体反型层中的电子关联和多体波函数

本文运用CBF(correlation basis function) 理论, 由电子间的有效势V_eff_(R) 和电子气的集体振荡行为, 给出准二维电子体系— 半导体反型层中的电子的关联因予U (R), 得到该体系的对关联函数、关联能和多体波函数. 关键词：     

钙钛矿的Rashba效应及其对载流子复合的影响

当直接半导体中存在强的自旋轨道耦合作用,且材料结构不具备中心反演对称性时, Rashba效应将会出现,从而使自旋简并的能带分裂为具有相反自旋态的两个子能带.这两个子能带会偏离布里渊区的对称中心位置,致使半导体呈现出间接带隙的特征.金属卤化物钙钛矿兼具强的自旋轨道耦合和结构中心反演不对称性,在Rashba效应研究中展现出巨大的潜力.本文围绕钙钛矿中Rashba效应的理论研究与实验证明,Rashba效应对载流子复合的影响以及目前Rashba效应研究中出现的争论,系统地进行回顾与梳理;针对钙钛矿中Rashba效应的研究现状,提出了几个目前亟待解决的问题,并展望了该领域未来的研究方向.     

Sb2Se3薄膜表面和界面超快载流子动力学的瞬态反射光谱分析

Sb₂Se₃是一种低成本、环境友好、具有良好应用前景的光伏材料.目前Sb₂Se₃太阳能电池的光电转换效率已经提高到了10%.载流子复合动力学是决定Sb₂Se₃太阳能电池光电转换效率的关键因素.本文利用飞秒时间分辨表面瞬态反射谱详细分析了Sb₂Se₃表面、Sb₂Se₃/CdS界面载流子复合动力学过程.根据相对反射率变化?R/R的演化,得到Sb₂Se₃载流子热化、带隙收缩时间约为0.2—0.5 ps,估计热载流子冷却时间为3—4 ps.还实验证实在Sb₂Se₃/CdS界面处存在自由电子转移和浅束缚电子转移两种电子转移过程.本文提供了Sb₂Se₃表面瞬态反射谱分析方法,所得实验结果拓展了对Sb₂Se₃表...     

二维NiBr2单层自旋电子输运以及光电性质

磁性半导体材料在自旋电子器件领域具有重要的应用前景.本文设计了一些基于磁性半导体NiBr₂单层的纳米器件结构,并采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法,研究了其自旋输运和光电性质.结果表明,在不同的输运方向(扶手椅形和锯齿形),NiBr₂单层PN结二极管表现出明显的整流效应及自旋过滤效应,这两种效应在其亚3 nm PIN结场效应晶体管中也同样存在.NiBr₂单层PIN结场效应晶体管的电子传输受到栅极电压的调控,电流随着栅极电压的增大受到抑制.另外,NiBr₂单层对蓝、绿光有较强的响应,其光电晶体管在两种可见光的照射下可以产生较强的光电流.本文研究结果揭示了NiBr₂单层的多功能特性,为镍基二卤化物在半导体自旋电子器件和光电器件领域的应用提供了重要参考.     

CH3CSNH2钝化对铁磁金属与GaAs界面扩散的影响

通过实验对比,研究了CH₃CSNH₂钝化对铁磁金属与GaAs界面处As扩散行为的影响.发现S钝化处理改变了表面As元素的化学环境,减弱了As元素向铁磁金属外延层中的扩散现象,削弱了As与铁磁金属的反应,形成了较窄的反应层,并且改善了界面磁性.初步探讨了S钝化影响As扩散的原因. 关键词： S钝化 半导体界面 电子结构 磁性     

二维光催化材料的电子结构调控与应用研究进展(特邀)

首先综述了基于二维光催化剂的电子结构调控方式,包括厚度调节、元素掺杂、缺陷工程和异质结的设计等.其次,由于半导体异质结在减少光生电子空穴复合速度方面具有独特的优势,着重介绍了由二维材料与其它不同维数的半导体界面组成的异质结的研究进展.最后介绍了新型二维光催化材料在析氢、CO2还原、固氮和污染物降解等方面的应用.总结文献...     

阻变存储器复合材料界面及电极性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理对比研究了Cu（111）/HfO₂（001）,Cu（111）/HfO₂（010）,Cu（111）/HfO₂（100）三种复合材料界面模型的失配率、界面束缚能、电荷密度、电子局域函数以及差分电荷密度. 计算结果表明：Cu（111）/HfO₂（010）失配率最小,界面束缚能最大,界面体系相对最稳定;对比电荷密度及电子局域函数图显示,只有HfO₂（010）方向形成的复合材料体系出现了垂直Cu电极方向完整连通的电子通道,表明电子在此方向上具有局域性、连通性,与阻变存储器（RRAM）器件导通方向一致;差分电荷密度图显示,Cu（111）/HfO₂（010）复合材料体系界面处存在电荷密度分布重叠的现象,界面处有电子的相互转移、成键的存在;进一步计算了Cu（111）/HfO₂（010）体系距离界面不同位置的间隙Cu原子形成能,表明越靠近界面Cu原子越容易进入HfO₂ 体内,在外加电压下易发生电化学反应,从而导致Cu导电细丝的形成与断裂. 研究结果可为RRAM存储器的制备及性能的提高提供理论指导和设计工具. 关键词： 阻变存储器 复合材料 界面 电子通道     

场助InP/InGaAsP半导体光电阴极量子效率的理论计算

本文对决定场助InP/InGaAsP半导体光电阴极量子效率的诸因素进行了详细分析。基于电流连续性方程和量子力学的隧道效应,对阴极吸收层中的电子传输、发射层中的电子转移以及表面电子逸出几率等过程进行了定量计算,得到了在不同场助偏压时,波长与量子效率的关系曲线。计算结果表明,在场助偏压的作用下,可将半导体阴极在0.9—1.25μm范围的量子效率提高两个数量级以上。本文的计算结果对场助半导体阴极的结构设计及工作条件的优化具有一定的帮助。