Fe掺杂α-Bi2O3光电性质的第一性原理研究

采用第一性原理杂化泛函HSE06方法对Fe掺杂α-Bi2 O3的电子结构和光学性质进行了计算研究.结果表明,Fe掺杂α-Bi2 O3体系有较小的结构变形,本征α-Bi2 O3的禁带宽度为2.69 eV,Fe掺杂使α-Bi2 O3的禁带宽度减小(约为2.34 eV).对其光学性质研究得出Fe掺杂扩展了α-Bi2 O3对可...     

BiFeO3及Bi2FeCrO6的电子结构和光学特性

采用第一性原理方法计算了铁酸铋及掺铬铁酸铋的电子结构和光学特性等.计算结果表明BiFeO3及Bi2FeCrO6是间接带隙材料,所得到的BiFeO3 和Bi2FeCrO6的带隙Eg = 2.5 eV和Eg=1.7 eV,并讨论了Cr的掺入对能态密度、复介电函数,光学特性参数和Mulliken电荷分布的影响,所得结果对BiFeO3材料掺杂改性的研究具有参考价值.     

Cu3V2O7(OH)2·2H2O纳米线的制备及光吸收性能

以CuSO4·5H2O和 NH4VO3为原料,采用水热法制备了Cu3V2O7(OH)2·2H2O纳米线.采用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对样品的组成和表面形貌进行了表征,结果显示:Cu3V2O7(OH)2·2H2O纳米线直径约80 nm,长度达到几个微米.对纳米线形成机理研究表明:该纳米线的形成主要取决于反应温度和反应体系pH值等因素.紫外-可见光吸收测试显示Cu3V2O7(OH)2·2H2O纳米线具有较宽的紫外-可见光吸收范围,计算其带隙宽度为1.94 eV.     

BiVO4/SiO2复合材料的制备及光学性能

以Bi(NO3)3 、NH4VO3 和Na2SiO3为原料,采用沉淀法制备了BiVO4/SiO2复合材料.利用扫描电镜(SEM)、X 射线衍射(XRD)及紫外-可见光吸收测试(UV-vis)对样品的晶相组成、微观结构和紫外-可见光吸收特性进行了表征.紫外-可见光吸收光谱分析表明:BiVO4/SiO2复合材料具有较宽的紫外-可见光吸收范围,计算其光学带隙为2.39 eV.光催化降价亚甲基蓝性能测试表明:BiVO4包覆SiO2能有效提高其催化性能.     

相转变制备超长α-Bi2O3微米棒及其表征

首先利用液相沉淀法合成了BiOBr纳米片(～50 nm),然后以BiOBr纳米片为前驱体,进行焙烧,使BiOBr发生相转变,制备长度为～ 200 μm的α-Bi2O3微米棒.运用热重(TG)、X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见漫反射光谱分析(UV-Vis DRS)研究了BiOBr煅烧过程中发生的相变及形貌的变化.发现BiOBr纳米片是一种热力学不稳定的半导体,化合物中的Br元素在煅烧过程中逐步被释放.随着Br元素的释放,BiOBr在600℃转变成片状结构的Bi24O31Br10.生成的片状结构Bi24O31Br10在800℃左右完全转变成超长α-Bi2O3微米棒.这个研究结果提供了一种简单、有效合成α-Bi2O3微米棒的方法.     

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。     

Ag2V4O11纳米线的制备及光吸收性能研究

以Ag20和V2O5为原料,采用水热法合成了Ag2V4011纳米线.采用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对样品的结构及形貌进行了表征,并采用紫外-可见光吸收法(UV-vis)测定了样品的光吸收性能.紫外-可见光吸收测试显示AB2V4O11纳米线具有较宽的紫外-可见光吸收范围,通过计算得出Ag2V4O11-纳米线的光学带隙为1.77eV.     

电子和空穴注入对氮掺杂SnO2材料光电性能的影响

采用基于密度泛函理论的线性缀加平面波(FLAPW)方法研究了电子、空穴对N掺杂SnO2光电性能的影响,结果表明注入空穴比注入电子的Sn16O31N体系禁带宽度减小了0.02 eV,比未注入电子、空穴的Sn16O31N体系变窄了0.04 eV,导带也相对展宽,体系呈现出半金属特性,SnO2材料导电性能有所提高.注入空穴的体系光学特性也发生了较大的变化,其吸收系数、能量损失函数及折射率在低能区域低于本征和电子注入体系,整个体系的态密度向低能方向移动发生了红移,吸收边变宽,体系的光学响应增大.     

Bi3Ti4O12/α-Bi2O3/TiO2复合光催化剂的制备及其可见光催化活性研究

以工业二氧化钛(TiO2)、五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)为原料制备了Bi3Ti4O12/α-Bi2O3/TiO2复合光催化剂.采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱(PL)等表征方法对光催化剂结构进行分析,表明复合样品中形成了Bi3 Ti4 O12/α-Bi2 O3/TiO2异质结结构,其禁带宽度减小、吸收带边红移,光催化效率有明显提高.以亚甲基蓝为目标污染物评价其光催化活性,TiO2与Bi(NO3)3·5H2O质量比为1:2.5,煅烧温度为600℃,煅烧时间为5 h时,复合样品光催化活性最佳,在12 W LED灯下,180 min后对浓度为10 mg/L的亚甲基蓝溶液的去除率达96.8;.     

可见光响应型ZnO/Bi2O3复相光催化剂的制备及其性能研究

以Zn(Ac) 2·2H2O和Bi( NO3)3·5H2O为主要原料,采用溶胶-凝胶法成功制备了可见光响应型的高效复相ZnO/Bi2O3催化剂.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对样品进行了表征,并以甲基橙为目标污染物,测试样品的光催化性能,研究了初始合成条件、光源等对样品光催化性能的影响.实验结果表明:在nZn∶nBi为1∶1,浓度为0.05 mol/L条件下制得的凝胶,经600℃煅烧2h后,样品呈现六方纤锌矿结构的氧化锌晶相并伴有单斜α-Bi2O3、三斜ω-Bi2O3晶相.在16 W紫外灯、500W卤素灯照射下,2.5h后,甲基橙的脱色率为95.73;,68.36;,而经太阳光照射2.5h,甲基橙的脱色率分别为53.8;,但将其继续置于阳台上24h,脱色率可达97.6;.在16 W紫外灯的辐照下,样品重复使用6次,甲基橙的脱色率仍在90;以上,表明催化剂具有较高的重复使用率.     

Ge掺杂β-Ga2O3晶体的发光性能研究

采用浮区法(FZ)生长Ge掺杂β-Ga2O3晶体,利用XRD和Raman光谱研究了掺杂对晶体结构的影响.透射光谱测试表明,随着Ge离子掺杂浓度增加,Ge∶ β-Ga2O3晶体光学带隙增大.在4.67 eV紫外光激发下,Ge∶ β-Ga2O3晶体的发光强度与β-Ga2O3晶体相当,发光衰减时间比β-Ga2O3晶体更快.     

原子层沉积Sn掺杂ZnO薄膜结构及光电性能的研究

采用原子层沉积方法以臭氧为氧源,分别在Si和K-9玻璃衬底沉积Sn掺杂ZnO薄膜.系统研究了Sn掺杂浓度对ZnO薄膜成分、晶体结构及光电性能的影响.XRD分析表明:所制备SnZO薄膜具有垂直于衬底表面的c轴择优取向.XPS分析表明:在ZnO中掺杂离子以Sn4+形式存在.Hall分析表明Sn是一种有效的施主掺杂元素,其通过置换Zn2+位置释放导电电子.当Sn掺杂浓度为1.8at;时,Hall测试表明ZnO薄膜具有最低电阻率为9.5×10-4Ω·cm,载流子浓度达到最高值为3.2×1020 cm-3,进一步增加Sn浓度使得ZnO薄膜电学性能变差.SnZO薄膜在可见光区域的光透过率超过85;,光学带隙值由未掺杂ZnO的3.26 eV增加到5.7at; Sn掺杂时3.54 eV.     

K、Ti掺杂Mg2Si电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法,对本征Mg₂Si以及K和Ti掺杂Mg₂Si的几何结构、电子结构和光学性质进行计算分析。计算结果表明本征Mg₂Si是带隙值为0.290 eV的间接带隙半导体材料,K掺杂Mg₂Si后,Mg₂Si为p型半导体,电子跃迁方式由间接跃迁变为直接跃迁,Ti掺杂Mg₂Si后,Mg₂Si为n型半导体,仍然是间接带隙。K、Ti掺杂后的静介电常数ε₁(0)从20.52分别增大到53.55、69.25,使得掺杂体系对电荷的束缚能力增强。掺杂后,吸收谱和光电导率均发生红移现象,这有效扩大了对可见光的吸收范围,此外可见光区的吸收系数、反射系数以及光电导率都减小,导致透射能力增强,明显改善了Mg₂Si的光学性质。     

ZnO/Fe2O3复合结构的制备及光电化学性能研究

采用水热法在FTO导电玻璃上制备出大面积高能面裸露的ZnO纳米片阵列.采用旋涂法在纳米片表面制备Fe2O3纳米颗粒形成ZnO/Fe2O3复合结构.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光吸收光谱和三电极光电测试系统对复合薄膜的结构组成、形貌、光学性能和光电化学性质进行了表征和分析.研究结果表明,随着Fe2O3复合次数的增加薄膜的光吸收范围逐步拓宽到可见光区,ZnO/Fe2O3复合结构光电极的光电流明显高于单纯的ZnO纳米片阵列光电极.     

一维Fe2 O3/α-MoO3异质结的制备及其可见光光催化性能

利用沉积法获得了一维Fe2 O3/α-MoO3异质结光催化剂,通过XRD、SEM-EDS、STEM、XPS、UV-Vis-DRS等测试手段对其组成、形貌、光吸收性质进行了表征,同时在可见光区测试了光催化氧化降解罗丹明B溶液的性能。测试结果表明,Fe2 O3修饰一维α-MoO3纳米带可将其光响应扩展至可见光区域,提高光催化性能。1wt;Fe2 O3/α-MoO3异质结作为光催化剂时,光照40 min后罗丹明B降解率可达到99;,分别是纯α-MoO3纳米带和纯Fe2 O3的光催化活性的3.8倍和26倍。     

衬底温度对Cu2O薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备了Cu2O薄膜。系统研究了衬底温度对薄膜结构、光学和电学性能的影响。XRD的结果显示,在所有衬底温度条件下均可得到单相的Cu2O结构,而且随着衬底温度由500 K升至800 K,薄膜表现出(111)择优取向的生长特点。电学和光学测试结果表明,室温电导率和光学带隙随着衬底温度的升高而增加,800 K制备的薄膜的带隙值最高约为2.58 eV。     

SiO_2中包埋纳米晶Si光电性质的计算

采用第一性原理平面波赝势方法计算了SiO_2基质包埋不同尺寸纳米晶粒Si_3和Si_5的电子结构及光学性质.结果表明,随着包埋纳米晶粒尺寸的减小,包埋Si_3结构的带隙比包埋Si_5结构宽,但包埋Si_5结构对可见光区的吸收优于包埋Si_3结构.Si_3结构的第一个吸收峰在约3.9 eV处,Si_5结构的第一个吸收峰在约4.6 eV处.计算表明,Si纳米颗粒中Si原子数与包埋基质的分子数之比为45.46;是一种较好的结构参数,对可见光区吸收效果好.     

化学溶液分解法制备(Bi0.8Ce0.2)2Ti2O7薄膜及性能研究

采用化学溶液分解法(CSD)在p型Si<100>衬底上制备了(Bi0.8Ce0.2)2Ti2O7薄膜,采用X射线衍射技术研究了薄膜的结构和结晶性.研究表明:Ce3+部分取代Bi3+能够显著提高Bi2Ti2O7薄膜的相稳定性.同时还研究了薄膜的电容-电压特性、介电常数、介电损耗.结果表明,该薄膜具有良好的介电特性.     

ZnAl2O4的电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对ZnAl2O4的能带结构、态密度、布居分布及光学性质进行了理论计算。结果表明:ZnAl2O4为直接带隙半导体,能带宽度为3.91 eV;价带主要由O2p态和Zn3d态构成,导带主要由Al3s,3p态构成;ZnAl2O4为离子和共价兼有的化合物;并利用计算的能带结构和态密度分析了ZnAl2O4材料的复介电函数,光电导率,折射率以及消光系数等光学性质。且静态介电函数ε1(0)=3.35,静态折射率n0=1.83。     

Ce、N共掺杂锐钛矿相TiO2光学性能的第一性原理研究

采用密度泛函理论研究了Ce、N共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构、态密度和光学特性.计算结果表明,不同位置Ce、N共掺杂对TiO2的杂质形成能、带隙和光学性质是有影响的.共掺杂带隙比单掺杂TiO2的更窄,导致电子从杂质能级激发到导带的概率增大,这会提高共掺杂TiO2的光量子效率.Ce、N共掺杂后TiO2吸收带边红移至可见光区的更远处,光学吸收系数比单掺杂时更强,这主要是由Ce、N共掺杂的协同效应引起的.带边位置的计算结果表明掺杂TiO2的强氧化还原能力得到保持.因此,Ce、N共掺后TiO2在可见光区具有良好的光催化性能.