V+注入锐钛矿TiO2第一性原理研究

用金属离子注入方法在锐钛矿TiO₂薄膜中掺杂了V⁺，采用全势线性缀加平面波方法计算了锐钛矿TiO₂及V⁺掺杂TiO₂超原胞的电子结构，通过紫外-可见吸收光谱测试方法检测了注入不同剂量的V⁺对TiO₂薄膜吸收光谱的影响.理论计算和实验结果表明，锐钛矿TiO₂薄注入V⁺后，带隙宽度变小，吸收光谱发生红移，并且TiO 关键词： +注入')" href="#">V⁺注入 2')" href="#">TiO₂ 全势线性缀加平面波方法 能带结构     

过渡金属Cu、Cr掺杂TiO2表面氧化性气体NO2光学气敏传感特性

采用密度泛函理论（DFT）体系广义梯度近似（GGA）第一性原理平面波超软赝势方法,分析锐钛矿型TiO₂（101）表面吸附NO₂分子光学气敏传感的微观机理.结果表明：Cu和Cr原子易于掺入TiO₂（101）表面,掺杂表面能稳定地吸附NO₂分子且吸附后光学性质发生显著变化.表面吸附NO₂分子后,Cu掺杂TiO₂（101）表面对分子的吸附能最大,吸附后结构更稳定,分子与表面的距离最短.通过分析差分电荷密度和电荷布居数发现,NO₂分子与基底表面间发生电荷转移,转移电子数目：Cu掺杂表面 > Cr掺杂表面 > 无掺杂表面.对比吸收光谱和反射光谱发现,在Cu掺杂表面吸附分子后,光学性质变化最明显,说明表面与吸附分子间氧化还原能力是决定光学气敏传感性能的核心因素.在过渡金属中,Cu与Cr都有4s价电子结构,其4s电子降低了材料表面氧空位的氧化性,增加了其还原性.对于氧化性气体,可以提升表面与分子的氧化还原作用,而Cu的4s电子更加活泼,从而光学气敏传感特性更加明显.因此,Cu掺杂的TiO₂对氧化性气体是一种较好的光学气敏传感材料.     

WO3表面的氧缺陷

用不同能量的Ar⁺和H⁺轰击WO₃表面,观察到W_4f峰的位移和加宽。通过谱分解处理得到相应于W_4f电子的W⁶⁺,W⁴⁺和W⁰3个不同的双峰。用表面产生氧缺陷的机理解释了还原过程。UPS谱显示出氧缺陷的存在增加了靠近费密能级处的态密度。H₂O的吸附结果说明WO₃表面的活性与W^{5+< 关键词：}     

钆、氟掺杂二氧化钒的晶体结构演变行为与相变机理

二氧化钒(VO₂)是一种热致相变材料,其过高的相变温度制约了其潜在应用.元素掺杂能够使VO₂的能带结构、态密度、键长和晶胞体积等晶格参数改变,引起其相变行为的变化.借助Materials Studio软件,基于第一性原理和分子轨道理论研究了钆、氟掺杂二氧化钒的晶体结构演变行为与相变机理.结果表明,无论F掺杂于VO₂(M型)中间O的位置还是两侧O位置,都会引起O—O键收缩,V—V键增长,β角增大,体系亥姆霍自由能增加,带隙相对减小,F侧位掺杂效果最好,随着V⁴⁺—V⁴⁺同极结合的减少,在1 at%F掺杂时相变温度达到最低;当Gd以0-1.8 at%掺杂于VO₂(M)中V位置时,O—O键和V—V键发生收缩,β角减小,亥姆霍自能增加,带隙减小,Gd 4f态与t_Ⅱ轨道重合,使相变能垒变低,相变温度显著降低.钆、氟两种元素掺杂VO₂相变机理更符合Peierls-Mott协同相变.     

Na+替位掺杂对Li2MnSiO4的电子结构以及Li+迁移过程的影响

在锂二次电池中, 硅酸锰锂作为正极材料得到广泛研究, 但其固有的电子和离子电导率较低, 直接影响着电池的功率密度和充放电速率. 本文建立了不同浓度的Na⁺离子替位掺杂Li⁺离子形成的Li_1-xNa_xMnSiO₄(x=0, 0.125, 0.25, 0.5)结构, 采用第一性原理的方法, 研究了掺杂前后硅酸锰锂的电子结构以及Li⁺离子的跃迁势垒. 发现在Li⁺位替代掺杂Na⁺, 导带底的能级向低能方向发生移动, 降低了Li₂MnSiO₄ 材料的禁带宽度, 有利于提升材料的电子导电性能. 随着掺杂浓度的升高, 禁带宽度逐渐变窄. CI-NEB结果表明, 在Li₂MnSiO₄体系中具有两条有效的Li⁺离子迁移通道, 掺杂Na⁺以后扩大了Li⁺ 离子在[100]晶向上的迁移通道, Li⁺离子的跃迁势垒由0.64 eV降低为0.48, 0.52和0.55 eV. 掺杂浓度为 x=0.125时, 离子迁移效果最佳. 研究表明Na⁺掺杂有利于提高Li₂MnSiO₄材料的离子和电子电导率.     

Cu/CeO2(110)界面特性的第一性原理研究

Cu-CeO₂体系因其特殊的催化能力而在固体氧化物燃料电池和水煤气转化反应等多个催化领域有重要应用. 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在原子和电子层面上系统地研究了单个Cu原子及Cu小团簇在CeO₂(110)面上的吸附构型, 价键特性和电子结构, 结果表明: 1) 单个Cu原子的最稳定吸附位是两个表面O的桥位; 2) Cu团簇的稳定吸附构型为扭曲的四面体结构; 3) Cu原子及Cu团簇的吸附在CeO₂(110)面的gap区域引入了间隙态, 这些间隙态主要来自于Cu及其近邻的O和表层还原形成的Ce³⁺, 间隙态的出现表明Cu的吸附增强了CeO₂(110)表面的活性; 4) 吸附的单个Cu原子及Cu团簇分别被CeO₂(110)面表层的Ce⁴⁺离子氧化形成了Cu^δ+和Cu₄^δ+, 并伴随着Ce³⁺离子的形成, 这个反应可归结为Cu_x/Ce⁴⁺→Cu_x^δ+/Ce³⁺; 5) Cu团簇的吸附比Cu单原子的吸附引入了更多的Ce³⁺离子, 进而形成了更多的Cu^δ+-Ce³⁺催化活性中心. 结合已报道的Cu/CeO₂(111)界面特性, 更加全面地探明了Cu与CeO₂(111)和(110)两个较稳定低指数表面的协同作用特性, 较为系统地揭示了Cu增强CeO₂催化特性的原因及Cu与CeO₂协同作用的内在机理. 关键词： 2')" href="#">Cu/CeO₂ U')" href="#">DFT+U 吸附 电子结构     

水溶性β-NaY(Gd)F4:Yb3+/Er3+纳米棒的水热合成及生物偶联

以聚乙烯亚胺(PEI)为表面活性剂,采用水热合成法,制得了表面氨基修饰的水溶性β-NaY(Gd)F₄:Yb³⁺/Er³⁺纳米棒,并对β-NaY(Gd)F₄:Yb³⁺/Er³⁺上转换纳米棒的制备方法、条件等进行了考察.结果表明,当Gd³⁺的引入摩尔分数为40%时,200 ℃下反应8 h即可获得纯β-NaY(Gd)F₄:Yb³⁺/Er³⁺纳米棒.利用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱(PL)对样品的结构、形貌及光谱特性进行了表征.结构和形貌分析结果表明,制得的样品为单相β-NaY(Gd)F₄:Yb³⁺/Er³⁺纳米棒,纳米棒的截面粒径约为40 nm,平均长度约为210 nm.在980 nm波长激发下,样品的上转换发光光谱中出现了4个发射中心位于407,529,546,660 nm的发射带,分别对应于Er³⁺离子的²H_9/2→⁴I_15/2、²H_11/2→⁴I_15/2、⁴S_3/2→⁴I_15/2和⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁.采用戊二醛法,使β-NaY(Gd)F₄:Yb³⁺/Er³⁺上转换纳米棒表面的氨基与牛血清蛋白(BSA)分子中的氨基成功偶连在一起.利用紫外光谱分析(UV)和考马斯亮蓝法,对二者的偶联进行了证明.     

CeO2/Nb2O5界面效应对提高CeO2氧敏特性的XPS研究

用射频/直流磁控溅射法制备了CeO₂/Nb₂O₅双层氧敏薄膜，利用X射线光电子能谱(XPS)，描述并解释了单层CeO₂薄膜中氧随温度变化的动力学行为，以及CeO₂/Nb₂O₅薄膜界面对氧敏特性的影响.通过对Ce3d XPS谱的高斯拟合，计算了Ce³⁺浓度并给出了判定Ce⁴⁺还原的标志.结果表明，界面效应可以提高CeO₂/Nb₂O₅薄膜中Ce⁴⁺的还原能力，使之远远高于单层CeO₂薄膜，这对薄膜的氧敏特性是极为有利的. 关键词：     

第一性原理研究O2在TiN4掺杂石墨烯上的氢化

作为一种新型高效质子交换膜燃料电池阴极材料, 金属与N共掺杂的石墨烯因其对氧还原反应具有较高的活性而引起了人们的广泛关注. 采用包含色散力校正的密度泛函理论方法系统地研究了O₂在TiN₄掺杂的Graphene上的吸附, 氢化特性. 结果表明: 1) O₂倾向于以side-on模式吸附在Ti顶位, 形成O-Ti-O三元环结构; 2) O₂在TiN₄-Graphene上更倾向于以分子形式直接氢化, 形式OOH结构, 并进一步解离为O+OH, 反应的限速步为O₂的氢化, 对应的反应势垒为0.52 eV.     

表面效应对锂离子电池正极材料LiMn2O4性能的影响

应用基于自旋极化和广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)的密度泛函理论计算,研究了锂离子电池正极材料LiMn₂O₄ (001)表面原子和电子结构.发现表面和亚表面附近的原子在垂直于(001)面的方向上具有非常大的弛豫,这对LiMn₂O₄材料在锂离子电池中应用时发现的表面Mn的溶解现象有很大关联.由于表面效应,在LiMn₂O₄ (001) 表面只有三价Mn³⁺离子存在,而这些三价锰离子非常活跃,在该材料电极/电解液界面很容易发生歧化反应,从而加速了Mn的溶解.其他计算结果也和实验观察相符合. 关键词： 锂二次电池 表面弛豫 从头算     

高温氢退火还原V2O5制备二氧化钒薄膜及其性能的研究

过渡金属氧化物二氧化钒(VO₂)在温度340 K附近会发生金属绝缘体的转变(metal-insulator transition, MIT). 基于金属绝缘体的转变性质, VO₂薄膜材料具有很好的应用前景. 本文首先采用脉冲激光沉积制备了高质量的V₂O₅薄膜, 再通过高温氢退火还原V₂O₅薄膜制备出VO₂多晶薄膜. 研究了不同的退火温度、退火时间、退火气氛对VO₂薄膜制备的影响, 采用X射线衍射、X射线光电子能谱、变温电阻特性测量等手段对样品进行分析, 发现在H₂(5%)/Ar退火气氛下, 在一定的退火温度范围内(500–525 ℃), 退火 3 h, 得到了B相和M相共存的VO₂薄膜, 具有M相的VO₂的MIT特性, 而相同退火温度下退火时间达到4.5 h, 薄膜完全变成B相的VO₂. 通过纯Ar气氛下对B相VO₂再退火, 得到了转变温度为350 K, 电阻突变接近4个数量级的M相的VO₂薄膜. 实现了VO₂的B相和M相的相互转变. 关键词： 2薄膜')" href="#">VO₂薄膜 金属绝缘体转变 氢退火     

Formation of Li2O in a chemically Li-intercalated V2O5 xerogel

We studied the electronic structure of a chemically Li-intercalated V₂O₅ xerogel. The technique used in the study was V 2p and O 1s X-ray absorption spectroscopy (XAS). The V ions in the as-prepared V₂O₅ xerogel are mostly in a pentavalent V⁵⁺ state. The spectra show that the V ions are partially reduced to V⁴⁺ and V³⁺ states upon Li intercalation. The results also show that low Li intercalation (x<1) affects mostly O 2p–V 3d mixed states, whereas for higher Li intercalation (x>1), this mechanism saturates and leads to Li₂O formation.     

用于红外激光防护的高开关率VO2薄膜

采用反应离子束溅射和后退火处理技术在石英玻璃基底上制备了具有纳米粒子的二氧化钒(VO₂)薄膜. 该薄膜具有半导体-金属相变特性,在3 μm处的开关率达到76.6%。 热致相变实验结果给出了准确的最佳退火温度为465 ℃. 仿真、热致相变和光致相变实验都显示VO₂薄膜在红外波段具有很高的光学开关特性. 光电池防护实验结果显示VO₂薄膜将硅光电池的抗干扰能力提升了2.6倍, 证明了VO₂在激光防护中的适用性. 采用连续可调节系统研究得到VO₂在室温条件下的相变阈值功率密度为4.35 W/cm², 损伤阈值功率密度为404 W/cm²。 低相变阈值和高损伤阈值都进一步证明VO₂薄膜适用于激光防护系统。本实验制备的VO₂薄膜在光开关、光电存储器、智能窗等方面也具有广泛的应用价值.     

VO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;/AZO复合薄膜的制备及其光电特性研究

采用直流磁控溅射和后退火氧化的方法在掺铝氧化锌(AZO)导电玻璃上制备了二氧化钒(VO₂)薄膜,研究了不同的退火温度、退火时间对VO₂/AZO复合薄膜制备的影响,并对复合薄膜的结构、组分、光电特性进行了测试与分析. 结果表明,导电玻璃上的AZO没有改变VO₂的取向生长,但明显改变了VO₂薄膜的表面形貌特征. 与用相同工艺和条件在普通玻璃基底上制备的VO₂薄膜相比,VO₂/AZO复合薄膜的相变温度降低约25 ℃,热滞回线宽度收窄至6 ℃,相变前后可见光透过率均在50%以上,1500 nm处红外透过率约为55%和21%,电阻率变化达3 个数量级. 该复合薄膜表面平滑致密,制备工艺简单,性能稳定,可应用于新型光电器件. 关键词： 2')" href="#">VO₂ AZO 热致相变 光电特性     

基于FTO/VO2/FTO结构的VO2薄膜电压诱导相变光调制特性

采用直流磁控溅射和后退火工艺在掺氟的SnO₂(FTO)导电玻璃衬底上制备VO₂薄膜, 研究了不同退火时间和不同比例的氮氧气氛对VO₂薄膜性能的影响, 对VO₂薄膜的结晶取向、表面形貌、表面元素的相对含量和透过率随波长变化进行了测试分析, 结果表明在最佳工艺条件下制备得到了组分相对单一的VO₂薄膜. 基于FTO/VO₂/FTO结构在VO₂薄膜两侧的透明导电膜上施加电压并达到阈值电压时, 观察到了明显的电流突变. 当接触面积为3 mm×3 mm时, 阈值电压为1.7 V, 阈值电压随接触面积的增大而增大. 与不加电压的情况相比, FTO/VO₂/FTO结构在电压作用下高低温的红外透过率差值可达28%, 经反复施加电压, 该结构仍保持性能稳定, 具有较强的电致调控能力.     

Microstructure and transport properties of YBa2Cu3O7−δ films produced by laser ablation from a BaF2/Y2O3/CuO target

The effects of varying the temperature and duration of the post-deposition anneal in watersaturated oxygen were investigated for YBa₂Cu₃O_7−δ films of varying thickness. The films were produced by laser ablation from pressed powder targets consisting of BaF₂,Y₂O₃, and CuO mixtures. This technique produces superconducting films with a highly textured surface. The films were fabricated on SrTiO₃ substrates and were analyzed with X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and temperature dependent resistivity. Critical current density (J_c) measurements were performed in magnetic fields up to 1 T. For film thickness on the order of 900 nm, completely c-axis oriented films were obtained with a 60 min anneal at 850°C. Thinner films required less annealing, either shorter times or lower temperatures, to achieve similar results, indicating that the optimal annealing conditions are dependent on film thickness.     

花状掺杂W-VO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;/ZnO热致变色纳米复合薄膜研究

为解决掺杂引起的二氧化钒薄膜的红外调制幅度下降以及二氧化钒复合薄膜相变温度需要进一步降低等问题, 采用纳米结构、掺杂改性和复合结构等多种机理协同作用的方案, 利用共溅射氧化法, 先在石英玻璃上制备高(002)取向的ZnO薄膜, 再在ZnO层上室温共溅射沉积钒钨金属薄膜, 最后经热氧化处理获得双层钨掺杂W-VO₂/ZnO纳米复合薄膜. 利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜和变温光谱分析等对薄膜的结构、组分、形貌和光学特性进行了分析. 结果显示, W-VO₂/ZnO 纳米复合薄膜呈花状结构, 取向性提高, 在保持掺杂薄膜相变温度(约39 ℃)和热滞回线宽度(约6 ℃)较低的情况下, 其相变前后的红外透过率差量增加近2倍, 热致变色性能得到协同增强. 关键词： 2')" href="#">VO₂ ZnO W掺杂 热致变色     

Single crystal RuO2/Ti and RuO2/TiO2 interface: LEED, Auger and XPS study

The interactions at the evolving RuO₂/titanium interface have been studied by LEED, AES and XPS. Titanium films of up to 5 monolayers were evaporated onto well ordered and ion sputtered ruthenium dioxide crystal surfaces of (110) and (100) orientation. Stabilization of the surface oxygen content under thermal treatment in UHV (up to 600°C) with increasing titanium coverage was established. After extended (up to 4 h) annealing in O₂ at 600°C an epitaxial ordering of TiO₂ on RuO₂(110) was observed. The (1 × 1) LEED patterns from the epitaxial layer exhibit a reduced background level when compared to the RuO₂ substrate itself. These findings are correlated with the XPS data and are interpreted in connection with the disappearance of the defect RuO₂ phase in the surface layer of the RuO₂. The appearance of the (1 × 2) surface reconstruction at the RuO₂(100)/Ti interface is discussed in the context of maximum cation coordination by oxygen atoms.     

Al~(3+)/Mo~(6+)双离子取代ZrV_2O_7中Zr~(4+)/V~(5+)实现近零膨胀

采用固相烧结法制备了Zri_(1-x)Al_(2-x)V_(2-x)Mo_xO_7(0≤x≤0.9),并通过调整Al~(3+)/Mo~(6+)对ZrV_2O_7中的Zr~(4+)/V~(5+)离子替代量来实现近零膨胀,对于较小的x值(x≤0.3),材料保持了与ZrV_2O_7相同的立方相结构.随着Al~(3+)/Mo~(6+)替代量的增加,(Al/Zr)~-和(Mo/V)~+之间的库仑相互作用逐渐加强,这种库仑相互作用导致材料中未发生畸变的立方相晶体结构逐渐减少.当x≥0.7时,材料中立方相晶体结构完全消失.在425-750 K温度区间内,Zr_(0.5)Al_(0.5)M_(0.6)O_7展示出近零膨胀性质(-0.39×l0~(-6)K~(-1)).Zr_(0.5)Al_(1.5)V_(1.5)Mo_(0.5)O_7的低热膨胀性能可能与Al~(3+)/Mo~(6+)对ZrV_2O_7中Zr~(4+)/V~(5+)部分替代引起部分晶体结构发生的畸变及其对未替代部分的晶格结构的影响有关.     

New red Y0.85Bi0.1Eu0.05V1−yMyO4 (M=Nb, P) phosphors for light-emitting diodes

The Y_0.85Bi_0.1Eu_0.05V_1−yM_yO₄ (M=Nb, P) as new near-ultraviolet excited phosphors were synthesized and their luminescence properties under 365 nm excitation were investigated in detail. It indicated that by doping small amount of P⁵⁺ into V⁵⁺ sites, the excitation intensity of charge transfer (CT) band of Bi–O (330–400 nm) was greatly improved. By substituting Nb⁵⁺ for V⁵⁺, both the CT bands of Bi–O and Eu–O (240–320 nm) were significantly enhanced. As a result, the emission intensity of Y_0.85Bi_0.1Eu_0.05V_1−yM_yO₄ (M=Nb, P) could be improved about 90% by doping 5 mol% P⁵⁺ and 110% by doping 5 mol% Nb⁵⁺. Comparing with the commercial Y₂O₂S:Eu³⁺ phosphors, the Y_0.85Bi_0.1Eu_0.05V_0.95M_0.05O₄ (M=Nb, P) phosphors exhibited excellent color purity and much higher brightness. The results showed that these Y_0.85Bi_0.1Eu_0.05V_1−yM_yO₄ (M=Nb, P) phosphors could be considered as promising red phosphors for application in LED.