铝掺杂单壁扶手型(6,6)硅纳米管电子结构和光电性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了铝掺杂对单壁扶手型(6,6)硅纳米管电子结构和光电性质的影响。结果表明,本征态硅纳米管属于直接带隙半导体,其禁带宽度为0.42eV,而铝掺杂硅纳米管为间接带隙半导体,其禁带宽度为0.02eV。单壁扶手型(6,6)硅纳米管的价带顶主要由Si-3p态电子构成,而其导带底则主要由Si-3p态电子决定。同时通过铝掺杂,使硅纳米管的禁带宽度变窄,吸收光谱产生红移,研究结果为硅纳米管在光电器件方面的应用提供了理论基础。     

碳锗掺杂对硅纳米管电子结构和光电性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了C/Ge掺杂对单壁扶手型硅纳米管电子结构和光电性质的影响。结果表明, 本征态和C/Ge掺杂的硅纳米管均属于直接带隙半导体, 其价带顶主要由Si-3p态电子构成, 而导带底则主要由Si-3p态电子决定。通过C掺杂, 可使硅纳米管的禁带宽度减小, 静态介电常数增大, 吸收光谱产生红移; 而通过Ge掺杂, 可使硅纳米管的禁带宽度增大, 静态介电常数减小, 吸收光谱产生蓝移。研究结果为硅纳米管在光电器件方面的应用提供了理论基础。     

K掺杂立方相Ca2Si电子结构及光学性能的研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,采用广义梯度近似（GGA）对掺K的立方相Ca2Si的电子结构和光学性能,包括能带结构、态密度、介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率及能量损失函数进行理论计算,结果表明,掺K后立方相Ca2Si的能带向高能方向发生了偏移,形成直接带隙的P型半导体,禁带宽度为0.6230eV,光学带隙变宽,价带主要是Si的3p、Ca的4s、3d以及K的3p、4s态的贡献;静态介电函数ε1（0）=14.4;折射率n0=3.8;吸收系数最大峰值为3.47×105cm-1。通过掺杂调制材料电子结构和光电性能,为Ca2Si材料光电性能的开发与应用提供了理论依据。     

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。     

C-Nb掺杂TiO2的电子结构与光学特性的第一性研究

运用第一性原理计算,研究了C单掺杂TiO_2体系、C与双Nb掺杂TiO_2体系的电子结构和光学特性。构建了C、C与双Nb掺杂TiO_2体系。并比较多种C与双Nb掺杂TiO_2构型的总能,发现C与双Nb近邻补偿共掺构型最稳定。对于C原子单掺杂TiO_2,其带隙中出现主要由C-2p轨道构成的3个子带,但是存在电子部分占据带隙子带,这种半占据子带在光催化过程中会成为新的电子-空穴复合中心,降低了光生电子分离效率。对于C与双Nb补偿掺杂TiO_2体系,其带隙中出现主要由Nb-4d轨道和C-2p轨道耦合而构成的3个带隙态,此时,由于两个Nb原子提供了足够的电子用于补偿C原子的双受子行为,其带隙子带被电子完全所占据,消除了C单掺TiO_2存在的缺陷,进一步提高了光生电子的量子效率。最后,对纯TiO_2和C与双Nb掺杂TiO_2体系的光吸收谱进行了计算,其结果显示C与双Nb近邻共掺TiO_2体系的光吸收谱拓展到可见光区域。     

硅基外延Mn_4Si_7薄膜电子结构与光学性质研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对外延关系Mn4Si7(001)//Si(001),取向关系Mn4Si7[001]//Si[001]的Mn4Si7平衡体系下的电子结构和光学性质进行了理论计算,计算结果表明:当Mn4Si7晶格常数选取为a=b=0.5431nm、c=1.747nm时,Mn4Si7为带隙宽度为0.834eV的直接带隙半导体。Mn4Si7费米面附近的价带主要由Mn的3d5态电子构成,导带主要由Mn的3d5态电子及Si的3p态电子构成。静态介电常数ε1(0)=14.48,折射率n0=3.8056。     

过渡金属掺杂单层MoS_2的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法分别计算了本征及过渡金属掺杂单层MoS_2的晶格参数、电子结构和光学性质。计算结果显示,过渡金属掺杂所引起的晶格畸变与杂质原子的共价半径有联系,但并不完全取决于共价半径的大小。分析能带结构可以看到,Co、Ni、Cu、Tc、Re和W掺杂使能带从直接带隙变成了间接带隙。除了Cr和W以外,其它掺杂体系的禁带区域都出现了数目不等的新能级,这些杂质能级主要由杂质的d、S的3p和Mo的4d轨道组成。掺杂对MoS_2的光学性质也产生了相应的影响,使MoS_2的静态介电常数、介电函数虚部峰值、折射率和光电导率峰值呈现不同程度的增加。     

CrSi2能带结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）赝势平面波方法，对CrSi2的能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算，能带结构计算表明CrSi2属于一种间接带隙半导体，禁带宽度为0．353eV,其能态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定；计算了CrSi2的介电函数、反射率、折射率及吸收系数等。经比较，计算结果与已有的实验数据符合较好。     

两种g-C_3N_4的异质结的第一性原理计算

运用第一性原理方法计算了两种新型的g-C_3N_4的异质结g-C_3N_4/TiO_2和g-C_3N_4/MoS_2,其带隙分别为1.281和0.344eV,两者的带隙相比单层g-C_3N_4有所减小。两者的VBM主要由N2p电子构成,CBM主要由Ti或Mo3d电子构成,并且两者的HOMO和LUMO都出现了层分离,使得电子空穴复合速度下降,提高了光催化效率。     

N-Al共掺杂锐钛矿型TiO_2电子结构的GGA+U方法计算

本文基于密度泛函理论(DFT)的GGA+U方法,应用Materials Studio 5.0软件包中的CASTEP程序模拟计算了Al掺杂锐钛矿型TiO2和N-Al共掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构。计算结果表明:Al掺杂和N-Al共掺杂均能够降低TiO2的带隙值。Al掺杂是由于Al的3s和3p态使导带底端下移而导致TiO2的带隙变窄;而N-Al共掺杂由于在体系中引入了N2p态,使导带底端向能量更低的方向移动,比Al单独掺杂时具有更低的带隙值。该研究结果很好地解释了Al掺杂以及N-Al共掺杂诱使TiO2的导带底端下移,禁带宽度减小,导致光谱响应范围红移的内在原因。     

Mass Absorption Coefficient of Tungsten and Tantalum, 1450 eV to 2350 eV: Experiment,Theory, and Application

The mass absorption coefficients of tungsten and tantalum were measured with soft x-ray photons from 1450 eV to 2350 eV using an undulator source. This region includes the M₃, M₄, and M₅ absorption edges. X-ray absorption fine structure was calculated within a real-space multiple scattering formalism; the predicted structure was observed for tungsten and to a lesser degree tantalum as well. Separately, the effects of dynamic screening were observed as shown by an atomic calculation within the relativistic time-dependent local-density approximation. Dynamic screening effects influence the spectra at the 25 % level and are observed for both tungsten and tantalum. We applied these results to characterize spatially-resolved spectra of a tungsten integrated circuit interconnect obtained using a scanning transmission x-ray microscope. The results indicate tungsten fiducial markers were deposited into silica trenches with a depths of 50 % and 60 % of the markers’ heights.     

反应时间对CH3NH3PbBr3钙钛矿纳米晶形貌及荧光性能的影响

有机-无机杂化钙钛矿(CH_3NH_3PbX_3,X=Cl、Br、I)材料正成为最近全世界研究的热点,在太阳能电池、量子点发光等众多领域有着广泛的应用。本研究重点考察反应时间对热注入法合成的CH_3NH_3PbX_3纳米晶的形貌及荧光性能的影响,并采用吸收光谱、荧光光谱、X射线衍射、透射电镜及扫描电镜等手段对材料进行分析。研究表明,随着反应时间的延长,产物从6nm左右的球状纳米颗粒变为层状纳米片;反应时间继续延长,纳米片的尺寸变大,厚度变厚;同时,产物的吸收峰和荧光发射峰都发生蓝移。通过绝对量子产率的分析,发现反应时间为180s时产物的量子产率最高。     

铁酸锌作为光催化剂的研究进展

铁酸锌是具有较高光催化活性及对可见光敏感的n型半导体,其独特的磁性能和化学稳定性使其在光催化领域有着广泛的应用。针对不同形貌的铁酸锌,采用不同的改性方法,可将其与其他材料结合制备出更为高效、实用的光催化剂。近年来,利用铁酸锌的特性,制备磁性可回收且性能稳定的复合光催化剂引起了科研人员的广泛关注。概述了铁酸锌作为光催化剂的基本性质,对不同形貌铁酸锌的制备方法进行了总结,并重点讨论了铁酸锌在光催化方面的改性技术及改性机理,最后对目前存在的问题和未来的研究方向做了简要的总结和预测。     

磁性CuFe2O4纳米棒的合成及其芬顿反应降解刚果红性能的研究

以α-FeOOH纳米棒为模板,通过高温烧结法制备了磁性CuFe2O4纳米棒,并研究其芬顿氧化降解刚果红染料的性能。结果表明CuFe2O4纳米棒在150min内可以有效降解90%以上的刚果红染料,经过5次循环后,降解率并无明显下降,同时还考察了其他反应条件对降解率的影响。这种新型磁性芬顿试剂在水处理方面有较好的应用前景。     

溶胶-凝胶法制备铜锌锡硫材料的研究进展

四元硫化物铜锌锡硫(CZTS)是一种新型薄膜太阳电池材料,具有锌黄锡矿结构,呈p型导电性,带隙约为1.5eV,光学吸收系数高于10~4cm~(-1),这些特性与太阳光谱相匹配。基于上述原因,CZTS薄膜是一种有望能低成本、可规模化开发利用的新型薄膜太阳电池材料。简要阐述了CZTS性质及其薄膜太阳能电池的器件结构,详细介绍了溶胶-凝胶方法制备CZTS薄膜及其相应器件效率的研究进展。最后,总结了此方法制备CZTS薄膜及其相关电池性能难以突破的关键技术问题,并提出了有效的改进措施,对CZTS薄膜太阳电池未来的研究进行了展望。     

Nb2O5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响

为研究Nb_2O_5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响机理,以富铁白云鄂博西尾矿、粉煤灰为主要原料,采用熔融工艺制备了添加质量分数0%~4%Nb_2O_5的透辉石基矿渣微晶玻璃。DTA、XRD、SEM和力学测试结果表明,Nb_2O_5主要以Ca2Nb2O7第二相的形式存在于辉石相界,其含量随Nb_2O_5添加量升高而增大。同时辉石主晶相从类菊花状枝晶组织转变成平均尺寸逐渐减小的圆角岛状组织。微晶玻璃的抗折强度平均为207 MPa,当Nb_2O_5质量分数为2%时最高,达236 MPa。     

热处理对Bi2O3-B2O3-SiO2凝胶玻璃粉体结构与性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了一种Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体,在200 ℃、400 ℃、600 ℃和800 ℃温度下分别对凝胶玻璃粉体进行热处理,借助SEM、TEM、XRD、FT-IR、Raman、XPS、DSC、热膨胀仪及“纽扣”烧结实验分别测定了经不同温度热处理后玻璃粉体的结构与性能,分析了其结构变化对玻璃粉体转变温度T_g和烧结特性的影响。结果显示,在实验温度范围内,随热处理温度升高,Bi³⁺逐渐进入玻璃网络中,[BiO₆]八面体和[BiO₃]三角体、[BO₄]四面体和[BO₃]三角体分别与[SiO₄]四面体以顶角相连的方式构建玻璃网络结构。O1s和Bi4f的电子结合能逐渐增大,B1s的电子结合能减小,玻璃网络结构稳定性增强,导致玻璃转变温度T_g及玻璃膨胀软化点温度T_d升高、 润湿性降低且热膨胀系数略有降低。经600 ℃热处理后,玻璃粉体具有较优的烧结性能,T_g、T_d分别约为485 ℃及542 ℃,热膨胀系数α约为7.067×10-6/℃。     

纳米MoS2的合成及其在重油深度转化中的应用

MoS_2是在催化剂领域、光化学领域以及润滑油领域都广受关注的材料。因其良好的加氢活性,通常在石油化工领域中作为加氢过程的催化剂活性组分。介绍了纳米MoS_2的插层剥离法、气相化学沉积法、前驱物分解法、水热合成法等多种合成方法,列举了不同方法合成MoS_2产品在形貌、大小、比表面积等方面的特点,并针对重油转化所需催化剂的特性对不同合成方法的优缺点进行了对比。最后简单介绍了意大利ENI公司以非负载MoS_2作为催化剂在浆态床加氢工业应用的实例。     

自石灰石矿粉中直接提取CaCO3晶须的碳化-分解法研究

提出一种自石灰石矿粉中直接提取CaCO_3晶须的碳化-分解方法。该方法能够以天然石灰石矿粉为原料,通过水溶性碳酸的作用溶解出Ca(HCO_3)_2,进而在升温条件下通过Ca(HCO_3)_2的分解反应得到形貌规整的棱锥状CaCO_3晶须。扫描电镜观测与X射线衍射分析显示,Ca(HCO_3)_2分解温度对CaCO_3晶须微观形貌的影响显著,晶须长度与长径比随分解温度的升高均呈上升趋势,但分解温度超过80℃会导致文石晶相向方解石晶相转化。实验结果表明,80℃、2h条件下,Ca(HCO_3)_2分解产物中文石晶相含量较高,晶须几何形貌更为合理,其平均长度为14.61 μm、长径比为8.10。     

机械化学合成Ni2Al3/Al2O3去合金化制备Raney-Ni/Al2O3复合粉体

以NiO粉和Al粉为原料,采用机械球磨诱发化学反应制备了Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。利用X射线衍射仪(XRD)和附带能量色散谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对复合粉体球磨过程中的固态反应过程、表面形貌进行表征。将Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体用浓度为20%的NaOH溶液腐蚀2h,可得到纳米晶结构的Ni/Al_2O_3复合粉体。利用XRD和TEM对其物相和结构进行了表征。结果表明,球磨1h后混合粉末仍为NiO粉和Al粉,球磨3h后NiO粉和Al粉在机械力的作用下反应形成Ni_2Al_3和Al_2O_3粉体,机械力诱发的NiO和Al之间的反应属于突发型反应,继续球磨10h后形成Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体在70℃、质量比为20%NaOH溶液中刻蚀2h,可获得Ni/Al_2O_3复合粉体。