纳米ZnO薄膜可见发射机制研究

利用溶胶－凝胶法 （Sol-Gel）制备了纳米ZnO薄膜,获得了高强的近紫外发射室温下测量了样品的光致发光谱(PL )、吸收谱(ABS)、X射线衍射谱(XRD).X射线衍射(XRD)的结果表明：纳米ZnO薄膜呈多晶态,具有六角纤锌矿结构和良好的C轴取向;发现随退火温度升高,（002）衍射峰强度显著增强,衍射峰的半高宽（FWHM）减小、纳米颗粒的粒径增大.由吸收谱(ABS)给出了样品室温下带隙宽度为3.30 eV.在PL谱中观察到二个荧光发射带,一个是中心波长位于392 nm附近强而尖的紫带,另一个是519 nm附近弱而宽的绿带研究了不同退火温度样品的光致发光峰值强度的变化关系,发现随退火温度升高,紫带峰值强度增强、绿带峰值强度减弱,均近似呈线性变化.证实了纳米ZnO薄膜绿光发射主要来自氧空位(Vo)形成的浅施主能级与锌空位(VZn)形成的浅受主能级之间的复合,或氧空位(Vo)形成的深施主能级上的电子至价带顶的跃迁;紫带来自于导带中的电子与价带中的空位形成的激子复合.     

金红石型TiO2点缺陷性质的第一性原理研究

本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了金红石相TiO2点缺陷的电子性质,结果表明氧空位缺陷使晶体的费米能量升高,在能隙中没有产生杂质能级.钛空位缺陷使晶体的费米能量降低,并在价带顶部产生了一个杂质能级,与价带顶能量相差约0.4 eV.本文还计算了金红石相TiO2在具有氧空位和钛空位点缺陷情况下的键长变化、态密度和电荷布居状况.     

纳米ZnO薄膜的光致发光性质

利用溶胶－凝胶法制备了纳米ZnO薄膜,室温下测量了样品的光致发光谱(PL)、吸收谱(ABS)、X射线衍射谱(XRD)．X射线衍射(XRD)的结果表明：纳米ZnO薄膜呈多晶状态,具有六角纤锌矿晶体结构和良好的C轴取向．观察到二个荧光发射带,中心波长分别位于395 nm的紫带、524 nm的绿带和450 nm附近的蓝带．证实了纳米ZnO薄膜绿光可见发射带来自氧空位(VO)形成的浅施主能级和锌空位(VZn)形成的浅受主能级之间的复合;450 nm附近的蓝带来自电子从VO的浅施主能级到价带顶或锌填隙(Zni) 到价带顶或导带底到VZn的浅受主能级的复合．     

氧空位对ZnO基(110)二维膜材料电子结构的影响研究

在密度泛函理论方法的基础上,系统研究了本征氧化锌和氧空位氧化锌的(110)二维膜材料的形成和电子结构性质.计算分析结果表明,ZnO的本征(110)二维膜比氧空位的(110)二维膜稳定性高,ZnO的(110)二维膜有失去氧的倾向.本征ZnO的(110)膜为直接带隙型材料,带隙宽度为2.3 eV,氧空位(110)膜为间接带隙型材料,带隙宽度为1.877 eV.氧空位的(110)膜导带向下移动,并且导带中的能级简并化.氧空位(110)膜材料的导带底能级有2个能谷,分别位于1.877 eV和1.88 eV,这些位置的能级有效质量比本征膜大幅度增大,这些位置的电子速度普遍较低. ZnO的(110)膜产生氧空位之后,Zn的s电子参与形成其价带顶能级.氧空位(110)膜材料中Zn-O键的混合型结合倾向增大.     

Li掺杂ZnO纳米棒的导电和发光特性(英文)

利用气相输运方法,在(111)面硅衬底上制备了名义上原子数分数为2%的Li掺杂的ZnO纳米棒(样品A)。作为比较,我们在相同的生长条件下制备了没有任何掺杂的ZnO纳米棒(样品B)。XRD分析测试表明:样品A和样品B中的ZnO纳米棒具有纤锌矿六边形结构,没有其他氧化物,例如Li2O。Hall效应测量表明:样品A导电类型为p型,空穴载流子浓度为6.72×1016cm-3,空穴载流子迁移率为2.46 cm2.V-1.s-1。样品B为n型,电子载流子浓度为7.16×1018cm-3,电子载流子迁移率为4.73 cm2.V-1.s-1。低温光致发光光谱测试表明,样品A和样品B发光峰明显的区别是位于3.351 eV(样品B)和3.364 eV(样品A)处。根据文献报道,在没有掺杂的ZnO中,3.364 eV发光峰源于施主束缚激子发光。通过变温光致发光光谱的测试,证明了在样品A中,位于3.351 eV的发光峰源于受主束缚激子发光,其光学受主能级位于价带顶142meV处。     

氧氩比对纳米ZnO薄膜蓝光发射光谱的影响

利用射频磁控溅射方法,在石英表面上制备了具有良好的c轴取向的纳米ZnO薄膜。室温下,在300 nm激发下,在450 nm附近观测到ZnO薄膜的蓝光发射谱(430~460 nm)。分析了气氛中氧气与氩气比对薄膜质量及蓝光发射光谱的影响,给出了纳米ZnO薄膜光致发光谱(PL)的积分强度和峰值强度与氧氩比关系。探讨了纳米ZnO薄膜的蓝光光谱的发射机制,初步证实了ZnO蓝光发射(2.88~2.69 eV)来自氧空位(VO)形成的浅施主能级上的电子至价带顶的跃迁。     

可见光响应SO2－4／Ce-TiO2的光谱特征及催化性能

采用溶胶‐凝胶法制备了Ce掺杂 T iO2,经 H2 SO4处理得到酸化Ce掺杂 T iO2。利用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、吡啶吸附红外光谱（Py‐FTIR）、紫外‐可见光漫反射光谱（UV‐Vis）及X射线光电子能谱（XPS）技术对样品的性质进行了表征,以罗丹明B（RhB）在样品上的可见光催化降解为模型反应,评价了所制备样品的光催化性能。XRD测试结果表明,铈掺杂使 TiO2产生晶格缺陷、粒径减小,有利于光生电荷的转移,继而提高催化剂的活性;FTIR谱图说明SO2－4以桥式双齿配位吸附形式存在;Py‐FTIR谱图显示,酸化铈掺杂TiO2样品表面同时存在Br?nsted和Lewis酸位,但以Lewis酸为主。Lewis酸中心的缺电子性质有利于样品表面的光生电子与光生空穴分离,从而改善催化剂的活性;UV‐Vis结果表明,Ce掺杂减小了TiO2的带隙能,引入的杂能级能够捕获导带上的光生电子和价带上的光生空穴,降低光生电子‐空穴对的复合几率;同时还可以使能量较小的光子激发杂能级上捕获的电子,拓宽光响应范围;XPS分析表明SO2－4／Ce‐TiO2样品上同时存在Ce3＋／Ce4＋的混合价态,Ce3＋／Ce4＋氧化‐还原转换有助于TiO2受光激发后产生的光生电子和空穴的分离,从而提高光量子效率。酸化Ce掺杂TiO2对RhB的可见光催化降解反应有很好的活性,实验结果证明,H2 SO4酸化和Ce掺杂的协同作用改善了样品的可见光响应,促进了其可见光催化反应活性。     

溶胶-凝胶法纳米ZnO薄膜的绿光发射

利用溶胶-凝胶法制备了纳米ZnO薄膜,室温下测量了样品的光致发光谱(PL)和X射线衍射谱(XRD),观测到中心波长在523 nm附近的绿色荧光发射,研究了纳米ZnO薄膜的绿光发射机制,证实了纳米ZnO薄膜绿光可见发射带来自氧空位(Vo)形成的浅施主能级和锌空位(Vzn)形成的浅受主能级之间的复合。     

A面(11-20)ZnO薄膜中杂质的偏振PL谱研究

本文通过分析A面(11-20)ZnO薄膜的低温PL(光致发光)光谱偏振特性来研究ZnO光致发光谱中杂质峰的来源。低温(4 K)下观察到476、479 nm两处新的杂质峰以及390 nm处激子峰,根据两个杂质峰的偏振特性,初步判定476nm峰来源于氧空位能级到价带轻空穴的跃迁,479 nm峰来源于氧空位价带重空穴的跃迁。     

Photocatalysts of Cr Doped TiO2 Film Prepared by Micro Arc Oxidation

通过微弧氧化法在Na3PO4+K2Cr2O7电解液中制备了系列铬掺杂二氧化钛薄膜. X射线和扫描电镜显示薄膜的主要晶相为锐钛矿型二氧化钛,且表面为多孔结构. 在可见光照射下,薄膜对降解亚甲基蓝和分解水有着较好的光催化性能,这主要是由铬的掺杂引起的.由于铬的掺杂,一方面在二氧化钛中形成了Cr3+/Cr4+离子对,另一方面在带隙中形成了氧的空位能级. 前者降低了电子-空穴的复合几率,而后者在二氧化钛的禁带中形成了新的能级. 新能级的形成使得由二氧化钛价带跃迁至氧空位能级所需的光子能量减少. 另外探讨了微弧氧化形成掺杂二氧化钛薄膜的机制.     

A first-principles calculation on the electronic properties of Si/N-codoped TiO2

To deeply understand the effects of Si/N-codoping on the electronic structures of TiO₂ and confirm their photocatalytic performance, a comparison theoretical study of their energetic and electronic properties was carried out involving single N-doping, single Si-doping and three models of Si/N-codoping based on first-principles. As for N-doped TiO₂, an isolated N 2p state locates above the top of valence band and mixes with O 2p states, resulting in band gap narrowing. However, the unoccupied N 2p state acts as electrons traps to promote the electron-hole recombination. Using Si-doping, the band gap has a decrease of 0.24 eV and the valence band broadens about 0.30 eV. These two factors cause a better performance of photocatalyst. The special Si/N-codoped TiO₂ model with one O atom replaced by a N atom and its adjacent Ti atom replaced by a Si atom, has the smallest defect formation energy in three codoping models, suggesting the model is the most energetic favorable. The calculated energy results also indicate that the Si incorporation increases the N concentration in Si/N-codoped TiO₂. This model obtains the most narrowed band gap of 1.63 eV in comparison with the other two models. The dopant states hybridize with O 2p states, leading to the valence band broadening and then improving the mobility of photo-generated hole; the N 2p states are occupied simultaneously. The significantly narrowed band gap and the absence of recombination center can give a reasonable explanation for the high photocatalytic activity under visible light.     

N-S共掺杂金红石相TiO2电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究N和S单掺杂以及N和S共掺杂金红石相TiO2的能带结构,态密度和光学性质.结果表明:N掺杂导致禁带宽度减小为1.43 eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.32 eV;N和S共掺杂导致能带结构中出现了两条杂质能带,靠近导带的一条杂质能级距离导带底约0.35 eV,靠近价带的一条杂质能级距离价带顶约0.85 eV,杂质能级主要由N原子的2p轨道和S原子的3p轨道组成.N和S掺杂后不但使TiO2的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,光催化活性增强.     

Electronic structure of SiO2(111) thin film

The electronic structure of (111) surface of β-crystobalite is investigat ed using the empirical tight binding method. Our calculations identify surface states in the conduction band, band gap and valence band. The surface state formed from silicon-s and p_z orbitals, which is believed to account for the structure in the O K excitation spectra, lies in the band gap. It is seen that oxygen adsorption on the surface removes surface states and gives rise to a sharp peak at about — 3.8 eV below the valence band edge.     

Sc2O3电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文基于第一性原理平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,研究了Sc2O3的电子结构、态密度和光学性质. 计算结果表明：Sc2O3是一种直接带隙半导体,其能带宽度为3.79eV,价带顶部主要由O的2p和Sc的3p3d杂化而成,导带主要由Sc的3d和O的2p构成. 同时,文中也分析了Sc2O3的介电函数、折射率、光电导率和吸收谱等光学性质. 计算得到静态介电常数 ,折射率n0=1.25,在紫外区有较大的吸收系数.     

First-principles study on electronic structure of Sr2Bi2O5 crystal

The electronic structure of Sr₂Bi₂O₅ is calculated by the GGA approach. Both of the valence band maximum and the conduction band minimum are located at Γ-point. This means that Sr₂Bi₂O₅ is a direct band-gap material. The wide energy-band dispersions near the valence band maximum and the conduction band minimum predict that holes and electrons generated by band gap excitation have a high mobility. The conduction band is composed of Bi 6p, Sr 4d and O 2p energy states. On the other hand, the valence band can be divided into two energy regions ranging from −9.5 to −7.9 eV (lower valence band) and from −4.13 to 0 eV (upper valence band). The former mainly consists of Bi 6s states hybridizing with O 2s and O 2p states, and the latter is mainly constructed from O 2p states strongly interacting with Bi 6s and Bi 6p states.     

Electroluminescence in CuGaSe2 single crystals

Electroluminescence has been observed in p-type CuGaSe₂ single crystals. At room temperature these crystals exhibit a resistivity of about 10^?2 Ω cm. The electrominescence has been obtained by minority carrier injection from an indium electrode. Two peaks have been identified in the emission spectrum whose energies are 1.53 and 1.59 eV, respectively. These peaks could be caused by the recombination of injected minority carriers in acceptor centers which are localized in the forbidden gap near the valence band.     

Influence of nitrogen doping on the defect formation and surface properties of TiO2 rutile and anatase

Nitrogen doping-induced changes in the electronic properties, defect formation, and surface structure of TiO2 rutile(110) and anatase(101) single crystals were investigated. No band gap narrowing is observed, but N doping induces localized N 2p states within the band gap just above the valence band. N is present in a N(III) valence state, which facilitates the formation of oxygen vacancies and Ti 3d band gap states at elevated temperatures. The increased O vacancy formation triggers the 1 x 2 reconstruction of the rutile (110) surface. This thermal instability may degrade the catalyst during applications.     

FeS2多晶薄膜电子结构的实验研究

用磁控溅射方法制各纯Fe薄膜，并硫化合成FeS₂. 采用同步辐射X射线近边吸收谱与X射线光电子能谱研究了薄膜的电子结构. 结果表明，合成的FeS₂薄膜，在费米能级附近，有较强的Fe 3d态密度存在，同时，在价带谱中2—10eV处有强度较大的S 3p态密度存在；Fe的3d轨道在八面体配位场作用下分别为t_2g和e_g轨道，实验中由Fe的吸收谱计算得到两分裂能级之差为2.1eV;实验测得FeS₂价带结构中导带宽度约为2.4eV，导带上方仍存在第二能隙，其宽度约为2.8eV. 关键词： 磁控溅射 二硫化铁 X射线吸收近边结构 电子结构     

Si(100)表面电子态的总电流谱研究

用自制的总电流谱仪研究了Si(100)2×1清洁表面以及H原子饱和吸附后的Si(100)1×1-2H双氢化相表面的电子态。在清洁表面上测得的空电子态位于价带顶以上0.7eV处,而占有电子态则在价带顶以下0.25,8.4和近12eV处。在双氢化相表面上还观测到处于价带顶以下两个诱导表面态。 关键词：