一步CVD法制备WS2-MoS2垂直异质结及其表征

本文主要研究了WS₂-MoS₂垂直异质结的制备及其光电性能。以氧化钼(MoO₃)、氧化钨(WO₃)、硫粉(S)作为反应物,采用改良的一步化学气相沉积法(CVD)实现高质量的WS₂-MoS₂垂直异质结的制备。使用拉曼光谱仪(Raman)、光致发光光谱仪(PL)、光学显微镜(OM)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等设备,对异质结的形貌、元素组成等进行了表征。最后制备了基于WS₂-MoS₂异质结的光电探测器,测量了包括输出特性曲线、转移特性曲线、光电流曲线等光电特性。经测试,WS₂-MoS₂异质结光电探测器在532 nm激光模式下展现了良好的光响应特性,使其能应用于高效率的光电子器件的制备,在微电子学领域具有广阔的应用前景。     

炭吸附水热法制备TmFeO3及其光催化性能研究

利用炭吸附水热法制备钙钛矿型TmFeO₃纳米粉体,通过X射线衍射仪(XRD),热重-差热分析仪(TG-DTA),紫外可见分光光度计(UV-Vis)和气相色谱仪等设备分析晶体比表面积、热稳定性、吸光性能及物相结构。以全谱镝灯为可见光光源,通过催化甲基橙降解,评价TmFeO₃粉体的光催化性能。实验结果表明,炭吸附水热法制得的TmFeO₃粉体有更高的结晶度和热稳定性,且比表面积大,吸收可见光范围增大,吸光性能更好。光催化降解甲基橙实验结果表明,光照140 min时对甲基橙的降解率达88％,是普通水热合成法制得的TmFeO₃催化性能的1.5倍。     

自掺杂SnO2微球的水热合成及其可见光催化性能

本研究采用水热法,以柠檬酸为螯合剂,通过控制n(Sn⁴⁺)/n(Sn²⁺)的数值,合成了由具有丰富氧空位的SnO₂纳米晶体组装成的微球。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)及UV-Vis漫反射光谱对SnO₂纳米微球进行表征分析,结果表明:在酸性水热条件和柠檬酸的螯合作用下,二氧化锡纳米晶体聚集形成微球;在Sn⁴⁺/Sn²⁺摩尔比例为3:7时,其微球尺寸最小,整体分散性较好;同时适量二价锡离子的掺杂使得该样品氧空位浓度达到最佳,氧空位的存在将使得样品光吸收范围拓展至可见光,因而该样品显示出较强的可见光催化效率,在8 min内完全降解甲基橙。     

F-掺杂TiO2制备及光降解甲基橙性能研究

以钛酸四丁酯为钛源,氟化铵为掺杂源采用溶胶-凝胶法制备了F掺杂二氧化钛(F/TiO2),通过甲基橙降解实验研究了掺杂量和外部加入氟化钠对光催化性能的影响.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)对样品进行了表征.实验结果显示:氟离子掺杂会影响TiO2的结晶程度、晶粒尺寸、形貌和光吸收带边,热处理过程F几乎没有损失;550℃煅烧和350 W金卤灯照射75min,10; F/TiO2对甲基橙的降解率达到了91.12;,未掺杂样品在相同条件下降解率只有45.6;;在甲基橙溶液中事先加入氟化钠,能加快催化剂对甲基橙的降解,在相同条件下照射60 min,10; F/TiO2对甲基橙的降解率达到了96.46;,未掺杂二氧化钛在相同条件下降解率为59.40;.550℃煅烧时,F掺杂使得二氧化钛的光吸收带边发生一定的蓝移.     

亚铁离子的引入对Bi2Fe4O9纳米颗粒光催化性能的影响

本文通过在水热法过程中添加不同含量的FeCl₂合成了一系列Bi₂Fe₄O₉纯相纳米晶,成功地在Bi₂Fe₄O₉中引入了更多低价态的铁离子。紫外可见吸收谱数据证明FeCl₂的加入使得Bi₂Fe₄O₉的光学带隙从2.06 eV降低到1.96 eV。扫描电子显微镜照片和X射线衍射图谱均证明本文合成的样品为纯相正方形片状Bi₂Fe₄O₉纳米晶。在500 W汞灯照射下,对合成的三个Bi₂Fe₄O₉纳米晶样品(S1、S2、S3,分别对应不同FeCl₂含量x=0,0.2 mmol,0.4 mmol)进行甲基橙染料降解实验,结果表明在添加20 μL双氧水时,三个样品的光催化降解速率均最快,其中S3样品的光催化降解速率比S1、S2更快。因此在适当加入双氧水的情况下,FeCl₂的加入可有效提升Bi₂Fe₄O₉光催化降解染料分子的性能。     

铁酸镁/氧化锌纳米磁性复合材料的光催化性能

采用原位水热法合成MgFe2O4/ZnO纳米复合材料,通过窄带隙的磁性铁酸镁半导体与宽带隙的氧化锌半导体进行匹配并形成具有异质结的复合光催化剂.借助X射线衍射仪(XRD)分析样品的相结构、扫描电子显微镜观察样品微观形貌、振动样品磁场计(VSM)测试样品磁性能、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)表征MgFe2 O4/ZnO磁性纳米复合材料光催化性能.结果 表明,与MgFe2O4复合之后的MgFe2O4/ZnO磁性纳米复合材料对光的吸收范围拓宽到可见光范围,有效提高了ZnO的光催化性能,在可见光照射60 min后,对甲基橙溶液的降解率可达到95.2;,该催化剂5次循环后的活性仍然大于87.3;.     

TiO2/Ni3[Ge2O5](OH)4复合材料的制备及光催化性能

以Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄为载体,氟钛酸铵为原料,采用水热辅助液相沉积法制备了纳米TiO₂/ Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄复合材料。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱分析(RM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、高分辨透射电镜(HTEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等表征手段对样品的物相组成、结构特性及微观形貌做了检测分析,并且探究了不同二氧化钛负载量对纳米TiO₂/Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄复合材料光降解亚甲基蓝能力的影响规律。结果表明,实验实现了纳米TiO₂与Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄的紧密复合与有效分散,TiO₂为锐钛矿型结构,平均粒径20 nm。该复合材料能够有效抑制光生载流子的复合,改善材料的吸附性能,提高材料的光催化效率。当复合材料中TiO₂与Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄的摩尔比为3.1∶1时,材料对亚甲基蓝的光催化效率最高,90 min亚甲基蓝的光降解率为99.81％。     

基于四核铜簇单元构筑的配位聚合物及光催化降解性能

以1,3-双咪唑基丙烷(1,3-BIP)、1,3,5-苯三甲酸(H₃BTC)和Cu(NO₃)₂·3H₂O为原料,在溶剂热条件下合成了Cu(II)配位聚合物[Cu₂(μ₃-OH)(1,3-BIP)(BTC)]_n(SNUT-20),并用元素分析、热重分析、红外光谱、单晶X射线衍射等表征手段对配位聚合物进行了表征。单晶X射线衍射解析结果表明,配位聚合物SNUT-20是一个以四核铜簇作为次级结构单元,通过混合配体的进一步连接,形成一个3,8双节点的拓扑结构。此外,配位聚合物SNUT-20对罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)表现出良好的光催化降解性能,对RhB、MB、MO的降解率分别达到了81.5%、89.4%和48.3%。     

磁性LDHs复合材料的制备及可见光光催化性能研究

材料复合过程组成单元间的相互作用有利于光生电子空穴对的分离,是提高材料光催化活性的一条有效途径.以Mg-Al-LDHs为主,利用直接包覆法在Fe3O4表面垂直生长生长LDHs,并引入Cu元素,得到了可见光光催化性能良好的Fe3O4/Cu-Mg-Al-LDHs复合材料.利用X-射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、红外光谱和交变梯度磁强计等测试方法研究了样品的形貌、粒径、结晶性、磁性能和元素.对比分析了单一材料、单一材料简单混合样品和Fe3O4/Cu-Mg-Al-LDHs复合材料对甲基橙光催化降解效果.实验结果表明,Fe3O4/Cu-Mg-Al-LDHs复合材料对甲基橙表现出良好的光催化效果,同时良好的磁性能有利于吸附剂的回收.     

基于第一性原理的掺杂单层WS2的光电效应

基于非平衡态格林函数-密度泛函理论,采用第一性原理方法,计算了VA族元素(N、P、As或 Sb) 掺杂单层WS₂的光电效应,并解释了掺杂提高光电效应的微观机理。结果表明:在线性极化光照射下,单层WS₂中可以产生光电流。由于掺杂降低了单层WS₂的空间反演对称性,导致N、P、As或 Sb分别掺杂的单层WS₂的光照中心区产生的光电流明显提升。其中N掺杂的效果最好,掺杂后的单层WS₂在光子能量3.1 eV时获得最大光电流(1.75),并且偏振灵敏度达到最大(18.1),P、As、Sb分别掺杂的单层WS₂在光子能量3.9 eV时取得较大的光电流,并且有较高的偏振灵敏度。研究结果表明通过掺杂能够有效增强光电效应,获得更高的偏振灵敏度,揭示了掺杂单层WS₂在光电子器件领域潜在的应用前景。     

Synthesis and characterization of type-II textured tungsten disulfide thin films by vdWR process with Pb interfacial layer as texture promoter

The growth of type-II textured tungsten disulfide (WS₂) thin films by solid state reaction between the spray deposited WO₃ and gaseous sulfur vapors with Pb interfacial layer has been studied. X-ray diffraction (XRD) technique is used to measure the degree of preferred orientation ‘S’ and texture of WS₂ films. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy techniques have been used to examine the microstructure and morphology. The electronic structure and chemical composition were studied using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The use of Pb interfacial layer for the promotion of type-II texture in WS₂ thin films is successfully demonstrated. The presence of (0 0 3 l), (where l=1, 2, 3, …) family of planes in the XRD pattern indicates the strong type-II texture of WS₂ thin films. The crystallites exhibit rhombohedral (3R) structure. The large value of ‘S’ (1086) prompts the high degree of preferred orientation as well. The stratum of crystallites with their basal plane parallel to the substrate surface is seen in the SEM image. The EDS and XPS analyses confirm the tungsten to sulfur atomic ratio as 1:1.75. We purport that Pb interfacial layer enhances type-II texture of WS₂ thin films greatly.     

稀土金属Ce3+掺杂ZnO材料的光催化机理

通过溶胶凝胶法制备了光催化活性更高的Ce∶ZnO复合粉体光催化材料,并采用X射线衍射(XRD)、电子顺磁共振(EPR)、紫外可见光谱(UV-Vis)技术对所制备的粉体样品的晶体种类及结构、自由基种类及含量、光催化效率进行表征分析。复合样品的X射线衍射测试结果显示,随着掺杂浓度的增加,先后检测到CeO₂的(111)和(200)晶面特征峰,且衍射峰强度逐渐增强。此外,适量的掺杂(c(Ce³⁺)=2%)可减小ZnO晶体的晶粒尺寸。电子顺磁共振测试结果显示,Ce∶ZnO复合光催化材料中存在三类自由基,分别是Zn-H络合物、正一价氧空位、CeO₂表面吸附的超氧根离子。紫外可见光谱测试表明,适量的掺杂可有效提高ZnO催化剂的光催化活性,综合分析显示,ZnO光催化活性提高的主要原因是Ce³⁺的掺入使得材料中电子数量增多,进而提高了活性自由基·O^-₂的数量。本文通过EPR技术和XRD衍射技术,成功表征了Ce³⁺掺杂对ZnO材料中自由基种类合成的影响过程,并结合UV-Vis技术,对Ce∶ZnO复合材料光催化降解甲基橙的过程中的电子转移过程作出了合理的解释。     

还原氧化石墨烯/TiO2纳米线复合膜的制备及对Cu2+吸附性的影响

以石墨烯和自制TiO₂粉末为原料,通过两步水热法联合真空抽滤法制备还原氧化石墨烯/TiO₂纳米线(rGO/TiO₂ NWs)复合膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱对rGO/TiO₂ NWs复合膜的形貌、结构进行表征。研究结果表明,还原氧化石墨烯和TiO₂ NWs成功地复合在一起,复合材料中TiO₂ NWs分散性较好。Cu²⁺吸附实验结果表明,复合材料中TiO₂ NWs所占比例、pH值是影响Cu²⁺吸附效果的重要因素,研究复合材料对Cu²⁺的吸附效果应该在pH值为6.0的近中性环境。其中TiO₂ NWs含量为50%时,复合膜对Cu²⁺的吸附量最高,达到rGO薄膜的4倍。复合薄膜有较好的吸附稳定性,重复使用5次后,吸附率是原吸附量的91%。     

基于第一性原理的单层WS2热输运特性研究

二维WS₂是一种层状过渡金属硫化物,因其具有特殊的层状结构、可调带隙及稳定的物理化学性质而备受关注。结合玻尔兹曼输运方程(BTE)和密度泛函理论(DFT),利用第一性原理研究了单层WS₂声子的输运特性,分析了声子的谐性效应和非谐性效应对WS₂晶格热导率的影响机理,计算了其声子的临界平均自由程,提出通过调整阻断频率的方法来调控WS₂的晶格热导率。研究结果表明：单层WS₂在300 K时的本征晶格热导率为149.12 W/(m·K),且随温度的升高而降低;从各声子支对总热导率的贡献来看,声学声子支起主要作用,特别是纵向声学(longitudinal acoustic, LA)声子支对单层WS₂热导率的贡献百分比最大(44.28%);单层WS₂声学声子支和光学声子支之间的较大带隙(声光学声子支之间无散射)导致其具有较高的晶格热导率。本文研究可为基于单层WS₂纳米电子器件的设计和改进提供借鉴和理论指导。     

铒掺杂g-C3N4催化剂的合成及其红光催化降解活性的研究

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的研究已成为光催化领域热点。本文以三聚氰氨为前驱体,采用甲醇回流法制备Er掺杂的g-C₃N₄催化剂。利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR DRS)、傅里叶红外光谱仪(IR)、荧光光谱(PL)、物理吸附(N₂-physisorption)及共聚焦显微镜(CLSM)等手段对Er/g-C₃N₄催化剂进行系统表征。结果表明,稀土金属Er高分散于g-C₃N₄上,促使氮化碳表面氮空穴的产生。Er掺杂优化了氮化碳的能带结构,增强了其对可见光的吸收,提升电子-空穴对的分离效率,此外还发现Er/g-C₃N₄具有较强的上转换能力。在660 nm红光LED照射下,对罗丹明B的水溶液进行光催化降解,发现Er/g-C₃N₄的降解速率是g-C₃N₄的2.0倍,且发现超氧自由基为该体系中的主要活性物种。     

Y掺杂WS2二维材料的第一性原理研究

WS₂由于其优异的物理和光电性质引起了广泛关注。本研究基于第一性原理计算方法,探索了本征单层WS₂及不同浓度W原子替位钇(Y)掺杂WS₂的电子结构和光学特性。结果表明本征单层WS₂为带隙1.814 eV的直接带隙半导体。进行4%浓度(原子数分数)的Y原子掺杂后,带隙减小为1.508 eV,依旧保持着直接带隙的特性,随着Y掺杂浓度的不断增大,掺杂WS₂带隙进一步减小,当浓度达到25%时,能带结构转变为0.658 eV的间接带隙,WS₂表现出磁性。适量浓度的掺杂可以提高材料的导电性能,且掺杂浓度增大时,体系依旧保持着透明性并且在红外光和可见光区对光子的吸收能力、材料的介电性能都有着显著提高。本文为WS₂二维材料相关光电器件的研究提供了理论依据。