Al和S共掺杂金红石型TiO2第一性原理研究

利用密度泛函理论体系下的第一性原理平面波超软赝势法,研究Al单掺杂和S单掺杂以及Al/S共掺杂金红石相TiO_2的能带结构、态密度和光学性质。结果表明:Al单掺杂导致禁带宽度减小为1.79eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S单掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.816eV;Al/S共掺杂导致能带结构中出现了3条杂质能带,直接带隙约0.841eV,杂质能级主要由Al原子的3p轨道和S原子的3p轨道组成。Al/S共掺杂后使TiO_2的吸收带产生红移,在可见光区具有较大的吸收系数,能够增强电子传输能力和抑制电子空穴对复合。     

Al掺杂对ZnO薄膜形貌和光学性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法在FTO玻璃衬底上制备得到了不同Al掺杂浓度的ZnO薄膜(AZO)。利用XRD、FESEM、UV-vis和PL等测试手段对样品结构、形貌和光学性能进行了表征。结果表明,合成的AZO薄膜均为六方纤锌矿结构且峰强随掺杂浓度的升高而减弱;同时,颗粒形貌由不规则向规则球形转变且尺寸逐渐减小;PL谱中的近紫外发射峰和晶格缺陷峰值随掺杂浓度的升高先增大后降低;由UV-vis吸收光谱可知,AZO薄膜在设定波长内的光吸收处于波动状态,且当Al掺杂浓度为3%时,光吸收强度最高,禁带宽度减小到3.12eV。     

Bi_2S_3/TiO_2纳米棒异质结阵列的制备及光电化学性能

以钛酸丁酯为钛源,通过盐酸调制的两步溶剂热法在FTO基底上制备异质结阵列Bi_2S_3/TiO_2纳米棒。利用XRD、SEM、UV-Vis和电化学工作站等测试手段对Bi_2S_3/TiO_2纳米棒异质结阵列电极的晶体结构、表面形貌、光学和光电化学性质进行了表征。结果表明,经Bi_2S_3敏化后的TiO_2纳米棒阵列薄膜对可见光的吸收明显增强,吸收光波长由400 nm增至700 nm。在标准模拟太阳光(AM 1.5 G,100 m W/cm2)照射下,复合薄膜开路电压为1.06 V,短路电流密度为0.11 m A/cm2,与纯TiO_2纳米棒薄膜相比,光电转化能力显著提高。     

溶胶-凝胶法制备Co掺杂ZnO纳米粉体光学性能

以六水硝酸锌、乙二醇甲醚、硝酸钴为原料,乙醇胺为稳定剂,利用溶胶-凝胶法成功地制备了掺杂Co离子的氧化锌(ZnO)纳米粉体,研究了过渡金属离子Co的掺杂浓度和热处理温度对ZnO的晶体结构、形貌、光致发光等性能的影响。结果表明,合成的粉体ZnO纤锌矿结构,粒径大小约(15~20)nm,且随热处理温度的增加衍射峰强度逐渐增加,粒度逐渐增大,并在(101)面择优生长。光致发光(PL)谱显示,在紫外-可见光区具有很强的发光峰,随热处理温度和掺杂浓度的不同而发生变化,Zn离子与掺杂的Co离子的摩尔比为100∶2,500℃热处理时发光峰强度最高。     

溶胶-凝胶法合成纳米ZnO∶Al的表征及光学性能

以六水硝酸锌和九水硝酸铝分别作锌源和掺杂剂,使用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法合成纳米ZnO∶Al。采用X线衍射(XRD)分析、透射电子显微(TEM)分析、X线光电子能谱(XPS)分析、光致发光光谱(PL)分析等方法对纳米ZnO∶Al进行表征。实验结果表明,Sol-Gel法合成纳米ZnO∶Al颗粒为六方纤锌矿型结构,当前驱体摩尔浓度为0.25 mol/L、热处理450℃和掺杂Al摩尔分数为3%时,样品的结晶性良好;XPS也证实Al~(3+)掺杂进入到ZnO晶体中,样品呈类球形,颗粒大小随前驱体浓度的增大而减小;对应的室温PL光谱上近紫外发射峰和弱蓝光缺陷峰强度都随浓度的增大而减小。     

ZnS∶Er,Yb量子点的水热法制备及其表面修饰

以硫代硫酸钠和亚硫酸钠为反应原料,水热法合成了Er,Yb掺杂的ZnS量子点。利用X线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和荧光分光光度计分别对合成的ZnS量子点的物相、形貌和荧光性能进行分析。研究结果表明,合成的ZnS∶Er和ZnS∶Er,Yb均是ZnS闪锌矿结构,粒径约(5~10)nm,形状近球形。荧光光谱测试结果表明,ZnS∶Er量子点在530nm处获得了Er离子~2 H_(11/2)→~4I_(15/2)能级的发射峰。随着Er的摩尔分数增加,ZnS∶Er量子点的荧光强度先增加后降低,且x(Er)=2%、x(Yb)=1%时荧光效果最好。对掺杂量为x(Er)=2%、x(Yb)=1%的ZnS量子点采用SiO_2进行包覆后,量子点的表面缺陷得到抑制,Er离子的发光峰明显增强,且硅酸乙酯的包覆量为1.5%时发光强度最大。