光催化半导体Ag_2ZnSnS_4的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算,对光催化水解半导体Ag2Zn Sn S4的改性方案做了理论研究.在与同类化合物的带边位置比较后发现,Cu与Ge共掺杂能够在Ag2Zn Sn S4中实现禁带宽度和带边位置的双重调节,从而使其能带结构优化到光催化水解最为理想的状态.另外,Cu Ga Se2可与Ag2Zn Sn S4形成type-II型带阶结构,制备它们的异质结同样可用于提升其光催化水解性能.     

过渡金属Tc及其氮化物TcN，TcN$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;，TcN$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;与TcN$lt;sub$gt;4$lt;/sub$gt;低压缩性的第一性原理计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Tc及其氮化物的弹性性质、电子结构、原子布局数等,并分析和计算了它的氮化物的理论硬度. 结果表明随着Tc中氮的掺入量的渐增,出现层状结构,它们的弹性模量并非单调增加,其中TcN的体弹模量最大而剪切模量最小;层状结构的TcN₃的剪切模量最大而体弹模量最小,TcN₄的理论计算硬度最大. 说明在Tc的氮化物中,其体弹模量与材料的晶体结构、平均每个原子上的电荷密度和材料的质量密度有关;化学键的共价性结构和氮元素的含量对理论计算硬度有正作用;而剪切模量的极大值则与其层状结构及体系中一定量的方向基本一致的N—N键相关. 关键词： 第一性原理 弹性性质 电子结构     

TiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了小尺寸锐钛矿相(n,0)型TiO₂纳米管(D<16 Å)的几何构型、电子结构和光学性质. 结果表明: 随着管径增大, 体系单位TiO₂分子的形成能降低, 体系趋于稳定; 在管径14 Å左右, (n,0)型TiO₂纳米管会发生一次构型的转变. 能带分析显示, TiO₂纳米管的电子态比较局域化, 小管径下(D<14 Å)其导电性更好; 随着构型的转变, TiO₂纳米管由直接带隙转变为间接带隙, 并且带隙值随着管径的增大而增大, 这是由于π轨道重叠效应的影响大于量子限域效应所导致的结果. 两种效应的竞争, 使得TiO₂纳米管的介电函数虚部ε₂ (ω)谱的峰值位置随管径增大既可能红移也可能蓝移, 管径大于9 Å (即(8, 0)管)之后, TiO₂纳米管的光吸收会出现明显的增强. 关键词： 2纳米管')" href="#">TiO₂纳米管 第一性原理 电子结构 光学性质     

MC与$lt;i$gt;M$lt;/i$gt;$lt;sub$gt;$lt;i$gt;n$lt;/i$gt;+1$lt;/sub$gt;$lt;i$gt;AC$lt;/i$gt;$lt;sub$gt;$lt;i$gt;n$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;稳定性与电子特征的第一性原理研究

研究MC与M_n+1AC_n(M=Sc, Ti, V, Cr, Mn; A=Al, Si, P, S; n=1, 2, 3)结构的稳定性与电子特征有利于探究三元层状结构M_n+1AC_n稳定性的内在原因和设计新型M_n+1AC_n结构. 第一性原理计算研究表明, M-3d与C-2p轨道间的电子转移对MC与M_n+1AC_n 的形成焓有较大影响. 供电子能力较强的前过渡金属可以形成稳定的MC结构. 计算结果显示, MC结构是缺电子体系, 其趋向于与具有一定供电子能力的MA结构结合形成M_n+1AC_n. 与M₂PC和M₂SC 相比, M₂AlC和M₂SiC可以更为容易地被分离成二维 M₂C结构. 关键词： MAX相结构 第一性原理 电子结构 过渡金属碳化物     

Co$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;SnO$lt;sub$gt;4$lt;/sub$gt;/Graphene复合材料的制备与电化学性能研究

实验首先采用改进的Hummers法制备氧化石墨,然后以氧化石墨烯为前驱体,通过水热法将锡酸钴纳米颗粒均匀镶嵌在石墨烯薄膜基片上,最终获得Co₂SnO₄/Graphene镶嵌复合材料. 采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对材料的结构和形貌进行表征,通过恒电流充放电（CC）、循环伏安法（CV）与交流阻抗法（EIS）测试了材料的电化学性能. 实验结果表明,石墨烯良好的分散性及较高的电子导电率,可以提高锡酸钴材料的电化学性能,材料首次可逆容量达到1415.2 mA·h/g,50次循环后仍能保持469.7 mA·h/g的放电比容量. 关键词： 2SnO₄')" href="#">Co₂SnO₄ 石墨烯 电化学性能 锂离子电池     

Ti$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;B$lt;sub$gt;$lt;i$gt;n$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;($lt;i$gt;n$lt;/i$gt;=1–10)团簇的结构与稳定性:基于从头算的研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法, 结合从头算的CCSD(T)方法对Ti₂B_n(n=1–10)团簇的稳定性和电子性质进行了研究. 发现两个Ti原子的掺杂导致B_n团簇结构发生了根本性变化. 随着n的增大, Ti₂B_n团簇结构生长非常规律. 所有的最稳定结构都可看成双锥结构, 并且两个Ti原子处在双锥结构的锥顶. 根据二阶差分能量分析, 得出Ti₂B_n(n=1–10)团簇的幻数是6, 7和8. 进一步分析了团簇的Ti原子解离能、B原子解离能以及团簇的电子亲和势和电离势. 这些能量分析表明Ti₂B₆团簇既有良好的热力学稳定性, 又有良好的动力学稳定性. 应用前线轨道理论, 对Ti原子与B₆之间的成键进行了分析, 了解其稳定性的根源. 关键词： 2B_n团簇')" href="#">Ti₂B_n团簇 稳定性 从头计算 电子结构     

IrB和IrB$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;力学性质的第一性原理计算

采用平面波赝势密度泛函理论对0–100 GPa静水压下P₁ -IrB（空间群Pnma）和P₅ -IrB₂（空间群Pmmn）结构的平衡态晶格常数、弹性常数等性质进行了研究. 研究结果表明,P₁ -IrB不可压缩性随着压强的增加而增强;P₅ -IrB₂ 结构在0–100 GPa范围内弹性常数、体弹模量、剪切模量均呈现出有规律的变化,当所加压强为50 GPa时,杨氏模量和在b方向的晶格常数发生异常变化. 对零压下P₁ -IrB和P₅ -IrB₂ 的电子结构的研究发现,二者均没有一个明显的带隙,主要原因为Ir原子和B原子间的共价作用. 从P₁ -IrB和P₅ -IrB₂的能带结构和态密度图可以发现这两种结构均有金属性. 关键词： 1 -IrB')" href="#">P₁ -IrB 5-IrB₂')" href="#">P₅-IrB₂ 第一性原理 力学性质     

Eu$lt;sup$gt;2+$lt;/sup$gt;的掺杂浓度对BaAl$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;Si$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;O$lt;sub$gt;8$lt;/sub$gt;：Eu$lt;sup$gt;2+$lt;/sup$gt;荧光粉发光特性的影响

采用化学共沉淀法一次煅烧工艺合成了BaAl₂Si₂O₈：Eu²⁺蓝色荧光粉.用X射线衍射仪和荧光分光光度计等对BaAl₂Si₂O₈：Eu²⁺蓝色荧光粉的相结构、发光性能进行了测试.结果表明：化学共沉淀法一次煅烧工艺合成的BaAl₂Si₂O₈：Eu²⁺蓝色荧光粉为单相;其激发光谱分布在240—410 nm的波长范围,峰值位于320 nm处,可以被InGaN管芯产生的350—410 nm辐射有效激发;在365 nm近紫外光的激发下,测得其发射光谱是位于465 nm附近的宽带峰.BaAl₂Si₂O₈：Eu²⁺蓝色荧光粉的发光强度随Eu²⁺浓度的增大逐渐加强,当Eu²⁺掺杂的摩尔分数为3.5%时,发光强度达到最大值,而后随掺杂浓度的增加而减小,发生浓度猝灭;根据Dexter能量共振理论,该浓度猝灭是由于Eu²⁺的离子间交换相互作用引起的. 关键词： 2Si₂O₈：Eu²⁺')" href="#">BaAl₂Si₂O₈：Eu²⁺ 发光特性 蓝色荧光粉 化学共沉淀法     

Ti掺杂W$lt;sub$gt;18$lt;/sub$gt;O$lt;sub$gt;49$lt;/sub$gt;纳米线的电子结构与NO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;敏感性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,通过理论建模,研究了Ti掺杂的非化学计量比W₁₈O₄₉纳米线的几何与能带结构以及电子态密度,并通过进一步计算NO₂/Ti-W₁₈O₄₉纳米线吸附体系的吸附能、电荷差分密度与电荷布居,分析了Ti掺杂W₁₈O₄₉纳米线的气体吸附与敏感性能. 计算发现,Ti掺杂改变了W₁₈O₄₉纳米线的表面电子结构,引入的额外的杂质态密度和费米能级附近能带结构的显著变化,使掺杂纳米线带隙与费米能级位置改变,纳米线导电性能增强. 吸附在W₁₈O₄₉纳米线表面的NO₂作为电子受体从纳米线导带夺取电子,导致纳米线电导降低,产生气体敏感响应. 与纯相W₁₈O₄₉纳米线相比,NO₂/Ti-W₁₈O₄₉纳米线吸附体系内部存在更多的电子转移,从理论上定量地反映了Ti掺杂对改善W₁₈O₄₉纳米线气敏灵敏度的有效性. 对Ti掺杂纳米线不同气体吸附体系电子布居的进一步计算表明,Ti掺杂纳米线对NO₂气体具有良好的灵敏度和选择性. 关键词： 密度泛函计算 Ti掺杂 18O₄₉纳米线')" href="#">W₁₈O₄₉纳米线 气敏     

Ca$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;Si（O$lt;sub$gt;4-$lt;i$gt;x$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;N$lt;sub$gt;$lt;i$gt;x$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;）：Eu$lt;sup$gt;2+$lt;/sup$gt;绿色荧光粉的制备及其发光性能

利用在Ca-Si-O干凝胶前驱体中添加Si₃N₄的方法于非还原气氛下合成了含N固溶体Ca₂Si（O_4-xN_x）：Eu²⁺绿色荧光粉. 通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及荧光分光光度计分别分析了产物的物相结构、颗粒形貌和发光性能. 结果显示,Si₃N₄与前驱体的混合物在非还原气氛（纯氮气）下于1100℃焙烧后获得含N固溶体Ca₂Si（O_4-xN_x）：Eu²⁺荧光粉,特别是其中Eu³⁺被还原为Eu²⁺,产物的晶体结构与βup -Ca₂SiO₄相一致. Ca₂Si（O_4-xN_x）：Eu²⁺能够被270–400 nm 范围内的紫外线有效激发,其发射光谱呈宽带发射. 随着N含量的增加,发射峰出现一定程度红移（501–504 nm）,而且发光强度显著提高. 当Eu²⁺浓度为0.25 mol%时发光强度达最大值,浓度超过0.25 mol%时,发光强度显著降低,出现浓度猝灭 效应. 关键词： 白光LED 荧光粉 溶胶凝胶法 3N₄')" href="#">Si₃N₄     

Cu2ZnSnS4晶界性质与光伏效应的第一性原理研究

本文应用第一性原理电子结构计算方法研究了锌黄锡矿Cu₂ZnSnS₄ (CZTS)晶界的性质: 包括微结构和电子结构及其对光伏效应的影响. 计算结果表明: 从p-n结区扩散过来空穴可以翻越一定势垒后被晶界俘获, 晶界进一步提供载流子扩散的快速通道, 使得这些空穴可以快速运动到阳极. 少数载流子电子在晶界中心区附近感受到很高的静电势垒, 但其高势垒两侧存在的势阱可以束缚少量电子. 对多数载流子空穴, 晶界中心则是势阱, 势阱两边有阻止空穴扩散到晶界中心的势垒. 由于CZTS晶体的易解理面是(112), 晶界面与(112)面平行的扭转晶界∑ 3^*[221]和∑ 6^*[221] 等不破坏原有晶体的基本结构, 它们的晶界能很小, 而且其电子结构与晶体内部基本相同, 因此尽管它们大量存在于CZTS材料中, 但是对材料性质仅有很小的影响. 通过比较晶体、晶界、空腔的表面和纳米棒的电子结构和光吸收系数, 我们可以看出: 这些微结构会在带隙内引入新的能级(复合中心), 同时高的孔隙率会降低(大于1.3 eV)光的吸收系数, 因此提高CZTS薄膜的致密度是提高CZTS太阳能电池效率关键.     

H,Cl和F原子钝化Cu_2ZnSnS_4(112)表面态的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Cu_2ZnSnS_4体相的晶格结构、能带、态密度及表面重构与H,Cl和F原子在Cu_2ZnSnS_4(112)表面上的吸附和钝化机理.计算结果表明:表面重构出现在以金属原子Cu-Zn-Sn终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上,并且表面重构使表面发生自钝化;当单个H,Cl或F原子吸附在S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上时,相比于桥位(bridge)、六方密排(hcp)位和面心立方(fcc)位点,三种原子均在特定的顶位(top)吸附位点表现出最佳稳定性.当覆盖度为0.5 ML时,无论H,Cl还是F原子占据Cu_2ZnSnS_4(112)表面的2个顶位均具有最低的吸附能.以S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面在费米能级附近的电子态主要由价带顶部Cu-3d轨道和S-3p轨道电子贡献,此即表面态.当H,Cl或F原子在表面的覆盖度达0.5 ML时,费米能级附近的表面态降低,其中H原子钝化表面态的效果最佳,Cl原子的效果次之,F原子的效果最差.表面态降低的主要原因在于吸附原子从S原子获得电子致使表面Cu原子和S原子在费米能级处的态密度峰几乎完全消失.     

铜锌锡硫薄膜材料及其器件应用研究进展

铜锌锡硫薄膜材料组成元素储量丰富, 环境友好, 成本低廉, 成为最具前景的薄膜材料之一. 目前, Cu₂ZnSn(S, Se)₄ (CZTSSe)薄膜太阳电池的最高转换效率已经达到12.6%. 本文总结了Cu₂ZnSnS₄ (CZTS)的发展历史, 依次介绍了CZTS薄膜材料的结构特性、光学特性、电学特性、界面特性和Na对CZTS 薄膜的影响, 详细介绍了CZTS薄膜的制备方法及器件应用的最新研究进展, 总结了目前CZTS薄膜太阳电池发展中存在的问题, 展望了今后的研究方向.     

First-principles study on the electronic structure and optical properties of T12Cd2（SO4）3 and Rb2Cd2（SO4）3

With the help of ab initio full-potential linearized augmented plane wave （FPLAPW） method, calculating the electronic structure and linear optical properties is carried out for XCd2（SO4）3 （X =Tl, Rb）. The results show that Tl2Cd2（SO4）3 （TlCdS） has a larger band gap than Rb2Cd2（SO4）3 （RbCdS） and the energy bands for RbCdS are more dispersive than those of TlCdS. From their partial densities of states （PDOS）, we have observed that the hybridization between S ionic 2p and O atomic 2p orbitals forms SO4 ionic groups. The remarkable difference between RbCdS and TlCdS is, however, the degree of hybridization between cation （Tl and Rb） and its surrounding oxygen atoms. In the view of quantum chemistry, the strong p-d hybridization indicates the existence of their cation ionic bonds （Cd-O, Rb-O, and Tl-O）. The calculations of TlCdS and RbCdS show their optical properties to be less anisotropic. Their anisotropies in the optical properties mainly occur in a low photon energy region of 5-16 eV.     

电镀法在氧化铟锡上制备铜锌锡硫薄膜的光谱特征

低成本、环境友好的铜锌锡硫替代含贵金属和有毒金属的铜铟镓硒,是薄膜太阳能电池的最佳选择。电镀法是一种无需真空设备和靶材的低成本方法。一种更简单的制膜方法是在水溶液中共电镀沉积Cu-Zn-Sn（CZT)合金于FTO衬底上。采用氩气保护气氛下在550 ℃硫化电镀法制得的CZT合金前驱体,成功制备了CZTS薄膜。采用三电极体系将CZT合金前驱体电镀在FTO上,其中FTO作为工作电极,铂（Pt）网和Ag/AgCl分别作为对电极和参比电极。电解质由CuSO₄,ZnSO₄,SnSO₄,络合剂-三乙醇胺（TEA）和柠檬酸钠组成。前驱体在氩气保护气氛下550℃硫化得到CZTS薄膜。采用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见光光谱仪和光电化学测量（PEC）等方法,表征了CZTS薄膜的结构、形貌、成分和光谱学性质。XRD和拉曼光谱证明了550 ℃硫化后的CZTS薄膜具有锌黄锡矿结构。一个Raman主峰位于342 cm-1,两个Raman次强峰分别位于289和370 cm-1,这些峰位与锌黄锡矿CZTS的峰位相吻合。SEM结果证明优化后CZTS薄膜成分接近CZTS的理想化学计量比,CZTS薄膜中Cu/(Zn+Sn）和 S/(Zn+Sn+Cu)分别为0.52和1.01,这表明CZTS薄膜中S的含量非常合适。PEC结果证实,采用前照射或后照射FTO/CZTS均产生光电流,并且两种照射下产生的光电流方向一致。通过紫外可见光光谱测量并由此计算出的CZTS能隙为1.45 eV。通过上述分析证明制备的CZTS薄膜具有高品质,可用于制备CZTS薄膜太阳能电池。     

First-principles study of elastic and thermo-physical properties of kesterite-type Cu2ZnSnS4

The lattice constants and elastic constants of the kesterite-type Cu₂ZnSnS₄ have been calculated using density-functional theory (DFT). The calculated lattice constants are in good agreement with the experimental data. The calculated elastic constants indicate that the bonding strength along the [1 0 0] and [0 1 0] directions is as strong as the one along the [0 0 1] direction. The high B/G ratio shows that the kesterite-type Cu₂ZnSnS₄ compound has ductile behavior. Finally, using the Debye model, the volume, bulk modulus and heat capacity as a function of temperature for the kesterite-type CZTS have been estimated at different pressures. The Debye temperature and Gruneisen parameter are 157 K and 2.28 at 300 K temperature, respectively. The present results can give some information for the design of the kesterite-type CZTS compounds, and these can also be used to stimulate future experimental and theoretical work.     

单靶溅射制备铜锌锡硫薄膜及原位退火研究

采用衬底加热溅射铜锌锡硫(CZTS)四元化合物单靶制备CZTS薄膜,并研究原位退火对制备薄膜的影响.结果表明:在溅射结束后快速升温并保持一段时间,所得到的样品相比于未原位退火的CZTS薄膜结晶质量更好,且表面更平整致密;原位退火后的CZTS薄膜太阳电池性能参数也相应地有所提升,其开路电压(V_(OC))为575 mV,短路电流密度(J_(SC))为8.32 mA/cm~2,光电转换效率达到1.82%.     

高压下Zn2GeO4带隙变化的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Zn₂GeO₄晶体在高压下的电子结构和带隙变化行为. 研究结果发现, 随着压强的增加, Zn₂GeO₄ 能带间隙先变大, 在压强为9.7 GPa时达到最大值, 然后减小. 通过电子态密度、电荷布居数和电子差分密度分布图的研究分析可知:在低压区域(0< P< 9.7 GPa), 带隙的变大主要是由于原子间距离的减小造成的共价性增强和Ge原子随压强的变大局域性增强引起的; 在高压区域(P>9.7 GPa), 则是出现了离域现象, 诱发了离域电子的产生, 从而使带隙减小.     

透明导电氧化物CuScO2的密度泛函理论研究

本文利用基于第一性原理的广义梯度近似方法分析研究透明导电氧化物CuScO2能带结构、态密度和杂质能级．计算结果表明,CuScO2的价带区主要由Cu的3d态和O的2p态构成,而导带区主要由Sc的3d态组成．在进行＋U修正之后,随着U参量的增加,CuScO2的导带区发生分裂导致导带扩大,带隙也随之扩大,表明＋U计算能较好地改进CuSc02带隙值;本文还比较分析了各种掺杂元素在CuSc02的杂质能级,发现Mg原子替位掺杂Sc能有效改善CuScO2的P型导电性能．     

插层化合物Ag1/4TiSe2电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,选用局域密度近似对Ag_1/4TiSe₂及TiSe₂的几何结构进行了优化和总能量计算.计算得到的晶格常量与实验结果符合较好,负的形成能表明有序Ag_1/4TiSe₂系统的稳定性.布居数、键长、能带结构和态密度的计算结果显示：Ag以较强的离子性结合于Ag_1/4TiSe₂中.Ag的插入使得半金属性的TiSe_{2关键词： 1/4}TiSe₂')" href="#">Ag_1/4TiSe₂ 电子结构 插层化合物 第一性原理计算