金红石相和锐钛矿相TiO2本征缺陷的第一性原理计算

采用第一性原理的计算方法, 分别研究了金红石相和锐钛矿相TiO₂各种缺陷态形成的类型, 以及几何结构、生长气氛和Fermi能级位置对缺陷形成能的影响, 从理论上预测产生点缺陷的实验条件. 重点是讨论带电点缺陷的形成能, 并对结果进行适当修正. 研究发现, 本征缺陷的类型和浓度对 TiO₂的性能有一定的影响: 在富O条件下, TiO₂容易形成V_Ti(Ti空位)缺陷; 在富Ti条件下, TiO₂的Ti_i⁴⁺和V_O(O空位)缺陷将大量出现, 形成Schottky缺陷.     

第一性原理计算高压下金红石TiO2的结构不稳定性及热学性质

采用第一性原理计算研究了金红石TiO₂结构在高压下的不稳定性及热力学性质. 计算的高压下结构参数和零压的声子色散曲线与实验数据十分吻合. 进一步模拟了在不同压力下的声子曲线,在压力下,声子曲线不断软化,?点附近的振动频率不断减小直至虚频,意味着结构的不稳定,根据计算的不同压力下的弹性常数获得了其力学不稳定性,结果表明金红石结构TiO₂在压力高于17.7 GPa时变得不稳定. 根据准谐近似,获得了金红石TiO₂结构的热力学性质,计算结果与现有     

萤石结构TiO2的电子结构和光学性质

利用第一性原理计算了立方相萤石TiO2的晶胞参数,能带结构和电子态密度.结果显示萤石TiO2属于间接带隙半导体材料,其间接禁带宽度(Γ→X)Eg为2.07 eV,比常见的金红石和锐钛矿TiO2的禁带宽度窄.为了更清楚地了解萤石的光学性质,利用Kramers-Kronig色散关系,分别对萤石和金红石TiO2的复介电常数、吸收率等参数进行了计算,并将二者结果做了比较.其中萤石TiO2的静介电常数为8.31.金红石TiO2的静介电常数表现为各向异性ε1xy(0)=6.01和ε1z(0)=7.07,该计算结果与实验值一致.吸收光谱的对比结果显示萤石结构在51nm和153 nm处增加了新的吸收峰,并且吸收光谱范围已扩大到了可见光区.     

萤石结构TiO2的电子结构和光学性质

利用第一性原理计算了立方相萤石TiO₂的晶胞参数,能带结构和电子态密度.结果显示萤石TiO₂属于间接带隙半导体材料,其间接禁带宽度(Γ→X)E_g为2.07eV,比常见的金红石和锐钛矿TiO₂的禁带宽度窄.为了更清楚地了解萤石的光学性质,利用Kramers-Kronig色散关系,分别对萤石和金红石TiO₂的复介电常数、吸收率等参数进行了计算,并将二者结果做了 关键词： 2')" href="#">萤石结构TiO₂ 密度泛函理论 能带结构 光学性质     

基于第一性原理的合金化掺杂MgH2的热力学稳定性研究

基于密度泛函的第一性原理,系统研究了合金化掺杂过渡金属（TM=Sc,Ti,Y）和IIA族元素（M=Ca,Sr,Ba）对MgH₂（金红石和萤石结构）的热力学稳定性的影响。结果表明,在低掺杂量（<20%） 时,MgH₂的萤石结构比金红石结构相对更稳定。掺杂Ti,Sr,Ba时,MgH₂的结构发生了失稳现象。MgH₂由金红石结构转变到萤石结构的掺杂TM和M的比例分别大约在20%和40%左右。Mg_0.5Ba_0.52萤石结构的形成焓比MgH₂萤石结构高约0.3 eV,表明其放氢温度在标准大气压下将远低于纯MgH₂。理论计算数据与实验数据有很好的一致性.     

基于自洽GW方法的碳化硅准粒子能带结构计算

在多体微扰理论的框架下, 分别采用G₀W₀方法和准粒子自洽GW方法计算3C-SiC和2H-SiC的准粒子能级. 由一个平均Monkhorst-Pack网格点上的准粒子能级和准粒子波函数出发, 结合最局域Wannier函数插值, 得到3C-SiC和2H-SiC的自洽准粒子能带结构. 3C-SiC的价带顶在Γ点, 导带底在X点. DFT-LDA, G₀W₀和准粒子自洽GW给出的3C-SiC间接禁带宽度分别为 1.30 eV, 2.23 eV和2.88 eV. 2H-SiC价带顶在Γ 点, 导带底在K点. 采用DFT-LDA, G₀W₀和准粒子自洽GW方法得到的间接禁带宽度分别为2.12 eV, 3.12 eV和 3.75 eV. 计算基于赝势方法, 对于3C-SiC和2H-SiC的准粒子自洽GW计算给出的禁带宽度均比实验值略大.     

多孔TiO2/Al/SiO2纳米复合结构的紫外光吸收特性研究

在SiO₂玻璃衬底上用脉冲激光沉积(PLD)技术，分别沉积Ti和Ti/Al膜，经电化学阳极氧化成功制备了多孔TiO₂/SiO₂和TiO₂/Al/SiO₂纳米复合结构. 其中TiO₂薄膜上的微孔阵列高度有序，分布均匀. 实验研究了Al过渡层对多孔TiO₂薄膜光吸收特性的影响. 结果表明：无Al过渡层的多孔TiO₂薄膜其紫外吸收峰在27     

碳-锌共掺杂锐钛矿相TiO2 电子结构与光学性质的第一性原理研究

近年来的理论和实验研究表明,通过不同离子共掺杂TiO₂是减小其禁带宽度的一种有效方法.本文采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了C和Zn共掺杂TiO₂的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明C-Zn共掺杂导致导带相对Fermi能级发生了明显的下降,同时在TiO₂的导带下方与价带上方形成了新的杂质能级,使TiO₂的禁带宽度变小, TiO₂的光学吸收带边产生红移. 杂质能级可以降低光激发产生的电子-空穴对的复合概率, 提高TiO₂的光催化效率. 此外, 掺杂后TiO₂在可见光区的吸收系数有明显增加, 能量损失也明显减小.     

Nd高掺杂锐钛矿相TiO2电子结构和吸收光谱的第一原理研究

基于密度泛函理论平面波超软赝势方法, 采用第一原理研究未掺杂和不同浓度Nd高掺杂锐钛矿相TiO₂的电子结构和吸收光谱. 计算结果表明, 在本文限定的Nd高掺杂浓度范围内, Nd高掺杂浓度越小, 锐钛矿相TiO₂的禁带宽度越窄, 吸收光谱发生红移越显著. 计算结果与实验结果变化趋势相一致.     

C掺杂锐钛矿相TiO2吸收光谱的第一性原理研究

运用第一性原理,对C掺杂锐钛矿相TiO₂的电子结构进行了研究,从能带结构理论解释了C掺杂TiO₂吸收光谱的一些实验现象.发现在C掺杂后的锐钛矿相TiO₂的禁带宽度增大,并且在带隙中出现了杂质能级,这些杂质能级主要是由C 2p轨道上的电子构成的,它们之间是独立的,正是这些独立的杂质能级使TiO₂掺杂后可以发生可见光响应.价带上的电子可以吸收一定能量的光子跃迁到杂质能级,而杂质能级上的电子也可以吸收一定能量的光子跃迁到导带,所以从理论上可以计算出掺杂后的TiO₂在可见光范围内存在两个吸收边,与实验中所得到的现象相一致.     

ATP synthase: from single molecule to human bioenergetics

ATP synthase (F_oF₁) consists of an ATP-driven motor (F₁) and a H⁺-driven motor (F_o), which rotate in opposite directions. F_oF₁ reconstituted into a lipid membrane is capable of ATP synthesis driven by H⁺ flux. As the basic structures of F₁ (α₃β₃γδε) and F_o (ab₂c₁₀) are ubiquitous, stable thermophilic F_oF₁ (TF_oF₁) has been used to elucidate molecular mechanisms, while human F₁F_o (HF₁F_o) has been used to study biomedical significance. Among F₁s, only thermophilic F₁ (TF₁) can be analyzed simultaneously by reconstitution, crystallography, mutagenesis and nanotechnology for torque-driven ATP synthesis using elastic coupling mechanisms. In contrast to the single operon of TF_oF₁, HF_oF₁ is encoded by both nuclear DNA with introns and mitochondrial DNA. The regulatory mechanism, tissue specificity and physiopathology of HF_oF₁ were elucidated by proteomics, RNA interference, cytoplasts and transgenic mice. The ATP synthesized daily by HF_oF₁ is in the order of tens of kilograms, and is primarily controlled by the brain in response to fluctuations in activity.     

TiN和Ti1-xSixNy薄膜的微观结构分析

使用x射线衍射(XRD)、x射线光电子谱(XPS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和原子力显微镜（AFM）多种观测手段分析了TiN薄膜和Ti_1-xSi_xN_y纳米复合薄膜的微观结构.实验分析证明Ti_1-xSi_xN_y薄膜是由直径为3—5nm的纳米晶TiN和非晶Si₃N₄相构成，并且Ti_1-xSi_{x关键词： 纳米复合薄膜 自由能 表面粗糙度 TiN 1-x}Si_xN_y')" href="#">Ti_1-xSi_xN_y     

分级多孔Cafe2O4/C的合成及其微波催化活性

以天然木棉为模板,利用造孔及纳米颗粒自组装两步法合成了分级多孔的Cafe₂O₄/C复合催化剂. Cafe₂O₄/C复合催化剂保留了木棉模板的中空纤维形貌,且该中空纤维是由碳及均匀分布在碳表面的Cafe₂O₄纳米颗粒组成. 该复合催化剂具有较强的甲基紫微波催化降解活性. 研究了Cafe₂O₄负载量、微波功率、催化剂用量、甲基紫的初始浓度和pH值对微波诱导甲基紫降解的影响. 结果表明,Cafe₂O₄/C微波降解甲基紫的催化反应具有较高的反应速率和较短的反应时间. 其降解反应符合一级动力学模型. Cafe₂O₄/C 高的催化活性得益于催化反应和吸附特性之间的协同作用.     

Synthesis of industrial diamonds using FeNi alloy powder as catalyst

Synthesis of diamond single crystals in Fe80Ni20 C system was carried out in a cubic anvil high-pressure and high-temperature apparatus. This paper reports that the surface morphology and inclusion distribution of the grown diamonds had been observed. It finds that the inclusions in cubic and octahedral diamonds radiated along certain crystal orientation, while the inclusion distribution in cubo-octahedral diamond seemed independent of crystal orientation. By using scanning electron microscope, the surface morphology of the three shapes of diamonds was observed. The results of Mossbauer spectrum indicated that there were iron-inclusions FeaC and Fe-Ni alloy in the diamonds. According to the Fe-C phase diagram, FeaC should have formed during the quenching process. Nickel might have an inhibitory effect on the formation of Fe3C.     

Synthesis of Biomorphic ZrO2-CeO2 Nanostructures by Silkworm Silk Template

以桑蚕丝为模板制备多级生物形态结构ZrO₂-CeO₂. 整个合成过程是由桑蚕丝模板的导向作用决定的. 分析结果表明ZrO₂-CeO₂结晶良好,呈多级网络中空纤维结构,直径为16～28μm,800 oC煅烧后ZrO₂-CeO₂晶粒尺寸约为14 nm.     

特定位点上CO2与(TiO2)n团簇相互作用的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论系统地研究了(TiO₂)_n团簇上二氧化碳(CO₂)的吸附和活化性质. 计算结果表明,CO₂更倾向于吸附在(TiO₂)_n团簇的桥氧原子上,形成“化学吸附”碳酸盐络合物. 而CO更倾向于吸附到末端Ti-O的Ti原子上. 发现计算得到的碳酸盐振动频率值与实验获得的结果非常吻合,这表明配合物中CO₂的几何构型与其线性型相比,有微小的弯转. 通过对电子结构、电荷密度、电离势、HOMO-LUMO以及态密度的分析,证实了CO₂与团簇之间的电荷转移以及相互作用. 从预测的能量分布图来看,(TiO₂)_n团簇上的CO₂活化与结构密切有关,相比于块体的TiO₂,CO₂在团簇结构上更易于吸附和活化.     

花状NaY(MoO4)2的合成和(MoO4)2:Eu3+的光学性质

用微波辅助水热-煅烧法成功合成了花状NaY(MoO₄)₂颗粒,用XRD、XPS、FESEM进行了表征,提出了花状NaY(MoO₄)₂颗粒可能的形成机理. 采用相同的方法合成了NaY(MoO₄)₂:Eu³⁺荧光体,该荧光材料在612 nm处有一个强的发射峰,可用作白色发光二极管的红色磷光剂. 此外,微波辅助水热-煅烧法可能发展成为制备其他花状稀土钼酸盐的有效途径.     

Co和稳定元素对Nd3(Fe,Co,M)29(M=Ti,V,Cr) 化合物结构和磁性的影响

利用x射线衍射和磁测量研究了不同稳定元素Co以及Ti,V和Cr替代对Nd₃Fe_29-x-yCo_xM_y(M=Ti,V,Cr)化合物结构和磁性的影响.研究发现:每一个稳定元素都有一替代量极限,在此极限以内所有化合物均为Nd₃(Fe,Ti)₂₉型结构,A2/m空间群.不同稳定元素的溶解极限不同.Co的替代量与稳定元素有关,当以Cr作为稳定元素时,Cr的替代量随着Co含量的提高而提高 关键词： 3(Fe')" href="#">Nd₃(Fe Co 29')" href="#">M)₂₉ 结构 磁性     

掺铒Si/Al2O3多层结构中结晶形态对1.54 μm发光的影响

利用脉冲激光沉积的方法制备掺铒 Si/Al₂O₃多层结构薄膜,获得了由纳米结构的Si作为感光剂增强的Er³⁺在1.54 μm高效发光.利用拉曼散射、高分辨透射电镜和光致发光测量研究了在不同退火温度下（600—1000 ℃）纳米结构Si层的结晶形态变化,及对Er³⁺在1.54 μm的发光的影响特征.研究发现最佳发光是在退火温度600—700 ℃.在这个条件下纳米Si的尺寸和密度,Si和Er的作用距离以及Er^{3+ 关键词： 铒 纳米硅 能量转移 氧化铝}     

径向生长的具有分级结构的四氧化三钴微晶及其在气体传感上的应用

通过在水热合成后追加退火处理,制备了径向生长的具有分级结构的树枝状三维Co₃O₄晶体,并用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其结构和形貌进行了表征. 在110 oC对其气体探测性能的研究表明这种Co₃O₄分级结构对氨气有较高的探测灵敏度和响应速度(10 s),性能稳定并具有可重复性. 同时,还在较低的探测温度下对酒精、丙酮和苯进行了气敏探测.