掺杂armchair石墨烯纳米带电子结构和输运性质的研究

基于第一性原理计算,研究了B/N掺杂对宽度为N(a)=3p+2=11的扶手椅(Armchair)型石墨烯纳米带电子结构和输运性质的影响.杂质的存在使得扶手椅型石墨烯纳米带的能隙增大,并在能隙中出现了一条局域的杂质态能带,杂质的位置也影响其能带结构.另外,杂质的存在还引起输运过程中的电子共振散射,其特点与掺杂种类、掺杂位...     

不同接触结构对异质结电子输运特性的影响

根据近来实验上成功制备的石墨烯纳米带(GNR)/碳纳米管(CNT)异质结,构建了一种端连GNR/CNT/GNR异质结结构.采用密度泛函理论结合作平衡格林函数的第一性原理方法,研究了接触区微结构对GNR/CNT/GNR异质结电子输运特性的影响.研究结果表明,选择合适的接触微结构,在锯齿型石墨烯纳米带中插入一段扶手椅型碳纳米管能有效打开石墨烯纳米带的带宽,将其金属性转变为半导体性,这一研究有助于设计和制作性能优良的半导体分子器件.     

基于磷烯的三端弹道结

为了研究以磷烯为材料的T型三端弹道结的电学输运特性,利用kwant软件模拟计算右端边缘分别为锯齿形和扶手椅形三端弹道结的输出电压及热流.结果表明:在三端弹道结的对称端与非对称端施加推拉式电压时,输出端电压随输入电压呈非线性变化,展现出逻辑门和整流器的特性;在固定一个输入端电压后,输出电压则表现出二极管和限压器的特征.如此多的电学元件功能在T型磷烯三端弹道结上集中实现,能为二维材料体系提供更多有趣的信息.     

B、N掺杂4-ZGNR电子输运性质的理论计算

运用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法,对锯齿型石墨烯纳米带4-ZGNR掺杂B、N原子的电子输运进行了计算.结果得到在0～1.0V的电压范围内,4-ZGNR及其分别掺杂B、N原子3种纳米器件的电流-电压曲线具有明显的非线性关系;掺杂B、N对4-ZGNR费米能级附近电子的输运起到了一定抑制作用,在一定能量区域的电子存在完全共振背散射;4-ZGNR掺杂B原子后表现出负微分电阻现象.     

GeSe纳米电子器件整流特性的掺杂调控

运用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法，研究了第Ⅴ主族原子（P，As，Sb）替位掺杂条件下不同中心半导体沟道长度的GeSe纳米电子器件的整流特性.结果表明，第Ⅴ族原子局部替位掺杂的扶手椅型GeSe纳米带在中心半导体沟道5.1 nm长度范围内，在正偏压下不同中心半导体沟道长度的扶手椅型GeSe纳米带电流随着电压的增大而增大；在负偏压下当中心半导体沟道长度从1.7 nm增加至3.4 nm时，电流不随电压的变化而变化，继续增大中心半导体沟道长度，电流大小接近于0，器件呈现显著的整流特性.     

原位钼修饰TiO_2/BiVO_4异质结薄膜的制备及其光电化学性能

针对TiO_2可见光响应能力不足、BiVO_4光生电子空穴分离能力弱的问题,制备了一种基于钼原位掺杂BiVO_4修饰TiO_2纳米管的高性能Mo-BiVO_4/TiO_2异质结光阳极.实验结果表明,钼掺杂后异质结电极材料的吸收带边约510nm,光电流密度在1.23Vvs.RHE偏压下达到1.48mA/cm2,与未掺杂钼的TiO_2/BiVO_4光电极相比,Mo-BiVO_4/TiO_2光阳极的光电转化效率提高了近50%,光电流密度提高了近2.5倍,光转化效率在0.95Vvs.RHE偏压下提高了2倍,且电极的稳定性较好.     

非金属掺杂对磷烯几何与电子结构的影响

研究了B,C,N,O和F在P位掺杂磷烯的几何结构变化、稳定性差异、能带结构和态密度.发现:B,C和N掺杂磷烯时,与近邻磷原子的键长都呈现出缩短的现象;O和F掺杂磷烯时,与一个近邻磷原子的键长呈现出增长的现象,增长率达到45%以上.B,C,N,O和F掺杂磷烯体系都有较好的稳定性.同时,磷烯的能带结构可以通过掺杂B,C,N,O和F等进行调控,而杂质能级的出现有利于磷烯体系电子导电性能的增强.C,N,O和F掺杂体系的态密度在费米能级处出现1个峰值,表明体系电学性能的增强.     

边界掺Be原子石墨纳米带的自旋输运性质研究

采用基于第一性原理和非平衡格林函数的输运计算方法,研究了4个原子宽度锯齿（zigzag）型纳米带在边界掺Be原子时对输运性质的影响.结果发现：石墨纳米带呈半导体特性,杂质原子抑制了附近原子的局域磁性,改变了完整纳米带的电子结构,2种自旋电子将表现出不同的透射情况,且在费米面附近尤为明显.通过计算散射区的分子自洽哈密顿量（MPSH）能谱,发现2种自旋电子能级不再简并,在外加偏压下纳米带产生自旋极化电流.同时,在偏压低于1.5 V时,其中1种自旋电子出现负微分电阻现象（NDR）.     

Se与Te替位掺杂对WS2-MoS2纳米器件电子输运性质的影响

基于密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的第一性原理计算方法,研究了Se与Te原子替位掺杂对WS₂-MoS₂纳米器件电子输运性质的影响.结果表明,WS₂-MoS₂纳米器件为间接带隙半导体,器件电流在[+0.7 V,+1.0 V]与[-1.0 V,-0.9 V]偏压范围内随着偏压的增大逐渐减小,呈现显著的负微分电阻效应;Se与Te原子对WS₂-MoS₂纳米器件进行替位掺杂后均呈现有趣的负微分电阻效应,器件两端电流的隧穿也显著改善;Se原子对WS₂-MoS₂纳米器件中S原子进行替位掺杂时,器件转化为p型半导体;Te原子对WS₂-MoS₂纳米器件中S原子进行替位掺杂时,器件转化为p型半导体甚至金属,且导电性能大幅提升.     

MoS2@ZnO异质结纳米材料的制备及光催化性能

本论文通过超声法制备了形貌均一的MoS2@ZnO异质结光催化材料. 采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光光谱（PL）、光电流密度测试等方法对样品的形貌和结构进行表征. 扫描电镜结果表明,MoS2@ZnO异质结复合材料是由直径约50～100 nm的ZnO纳米球包裹MoS2纳米片组成的. 光致发光光谱（PL）、光电流密度测试结果表明,MoS2(1.0%)@ZnO异质结能更有效地分离光生电子和空穴对,使得它们的复合机率降低,提高其光催化效率. 以初始质量浓度为15 mg/L的亚甲基蓝(MB)为模拟废水,研究纯ZnO纳米球和MoS2纳米片质量分数为0.5%、1.0%和2.0%的MoS2@ZnO异质结复合材料在250 W Xe灯下的光催化活性,研究结果表明 MoS2(1.0%)@ZnO 异质结材料对亚甲基蓝的光催化降解效率相比纯ZnO纳米球提高了15.2%. 并且经3次循环实验后,MoS2(1.0%)@ZnO异质结材料的光催化性基本不受影响,说明了MoS2(1.0%)@ZnO 异质结光催化材料的稳定性.     

可见光响应氮-磷共掺杂TiP2纳米管制备及光催化性能

采用水热-浸渍两步法合成了一系列N—P／TiO2纳米管光催化剂，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）和紫外-可见漫反射吸收光谱（UV—vis）等测试手段对其结构进行了表征．结果表明，300℃焙烧后的N-P／TiO2纳米管为锐钛矿相，氮和磷高度分散进入TiO2中．P和N掺杂含量分别为0．99％和0．56%．与纯TiO2纳米管相比，N—P／TiO2纳米管在可见光区的有较大的吸收，光吸收阈值产生红移．氮磷共掺杂可以明显提高TiO2纳米管的对甲基橙的光催化活性，其原因在于氮阴离子以N—Ti—O的结构进入TiO2，磷替换TiO2部份Ti^4＋，从而降低了电子和空穴复合几率．     

有限温度下石墨烯上铁磁超导隧道结中微分电导的研究

利用推广的Blonder-Tinkham-Klapwijk理论研究讨论了石墨层上铁磁体/p波超导体隧道结中准粒子输运过程,计算了结的微分电导.研究结果表明,有限温度下,α=0时电导峰对应的偏压位置在e V=Δ0处,而α=2π/3时,电导峰对应的偏压位置移动到e V=0.5Δ0附近.磁交换能EhEF时,微分电导随着磁交换能的增强而降低,在Eh=EF时微分电导为最小,EhEF时微分电导随着磁交换能的增强而升高,微分电导随温度的增大而减小.     

铕掺杂ZnO纳米棒的生长及其光电性能的研究

利用水热法在硼掺杂金刚石膜上生长铕(Eu)掺杂Zn O纳米棒(Zn O:Eu),其形貌与Eu的掺杂量密切相关。掺杂0.01 mol/L Eu时对Zn O纳米棒生长影响较小,随着掺杂浓度的增加,Zn O纳米棒顶部出现"尖端聚集现象",这种聚集现象是和纳米棒制备过程中电荷积累相关的,稀土元素能提供更多的电荷,使Zn O纳米棒顶端产生强的局部电场,相近纳米棒尖端会聚集一起。制作了以p型金刚石为衬底生长的Zn O:Eu异质结,并对其电学性能深入研究,实验结果表明该异质结对整流特性有良好反应。     

可见光响应氮-磷共掺杂TiO2纳米管制备及光催化性能

采用水热-浸渍两步法合成了一系列N-P/TiO2纳米管光催化剂,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)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis)等测试手段对其结构进行了表征.结果表明,300℃焙烧后的N-P/TiO2纳米管为锐钛矿相,氮和磷高度分散进入TiO2中.P和N掺杂含量分别为0.99%和0.56%.与纯TiO2纳米管相比,N-P/TiO2纳米管在可见光区的有较大的吸收,光吸收阈值产生红移.氮磷共掺杂可以明显提高TiO2纳米管的对甲基橙的光催化活性,其原因在于氮阴离子以N-Ti-O的结构进入TiO2,磷替换TiO2部份Ti4 ,从而降低了电子和空穴复合几率.     

碳硅原子链电子输运性质的理论计算

以C-Si-C-Si直线原子链与Au(100)-3×3电极耦合所构成的纳米结点为研究对象,用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法,对结点的电子输运进行了理论模拟.计算结果得到:当2电极距离为1.686 nm时,纳米结点体系总能量最低,结构最稳定,C-Si平均键长为0.166 nm,此时结点的透射系数为0.627,平衡电导为0.627 G_0,电子传输通道主要由碳、硅原子的p电子轨道形成的π键所构成;在电压为0～1.0 V时,纳米结点稳定结构的电导随着外偏压的增大而减小.     

GaAs原子链耦合石墨烯电子输运性质的理论计算

基于密度泛函理论,运用非平衡格林函数对(GaAs)_4原子链耦合石墨烯纳米条带的电子输运性质进行了第一性原理计算,结果发现通过改变原子链与石墨烯之间的距离可以有效调制系统的电子传输行为.当(GaAs)_4原子链与石墨烯之间的距离d在0.10~0.28nm的范围内变化时,石墨烯、原子链上各自的电子传输要相互影响,且系统的平衡电导在2G_0~7G_0之间发生G_0(G_0=2e~2/h)整数倍的变化,即表现出量子化电导现象;当d0.28nm时,总的电导等于各自的电导之和,此时(GaAs)_4原子链与石墨烯之间的耦合很弱,各自的电子输运相互影响很小.     

应变和电场调控HfSe_2/PtSe_2异质结的电子结构

本团队通过基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统地研究了HfSe_2/PtSe_2范德瓦尔斯异质结(van der Waals heterostructures, vdWHs)的电子性质,包括堆垛方式、层间耦合、应变和外电场的影响.发现堆垛方式可以调节能带对齐类型——AA, AB′和AC′堆垛时为Ⅱ型, AB, AC, AA′则为Ⅰ型.在六种堆垛方式中,AA堆垛是最稳定的,其层间距为2.87?,带隙为1.0 eV, Ⅱ型的能带对齐方式有利于电子-空穴载流子的分离.进一步的计算表明, HfSe_2/PtSe_2异质结的电子性质可以通过垂直应变和双轴面内应变有效调节:在施加应变或改变层间距后,可以在HfSe_2/PtSe_2异质结中观察到从Ⅱ型到Ⅰ型能带对齐类型的转变;不仅如此,压缩应变和层间耦合还可以有效调控异质结的带隙大小.本研究将为未来HfSe_2/PtSe_2异质结在纳米电子及光电设备中的应用提供理论基础.     

空心绣球状MoS2/ZnS/ZnO异质结材料的制备及太阳光下降解四环素的研究

采用水热法制备绣球状ZnO纳米微球,再以其为晶核,通过原位生长及氨的渗入腐蚀成功制备了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结光催化材料。采用SEM、TEM、XRD、XPS、BET及UV-VIS对样品的形貌、组织结构、成分、比表面积及光吸收等性能进行了表征。探讨了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料的形成机制,研究了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料催化降解机理及四环素的降解过程。结果表明：尺寸均一、比面积大的空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料不仅能实现宽窄带隙材料的有效杂化,促进材料对太阳光中可见光的利用,还能使光生电子及空穴分别转移至ZnO CB和MoS₂ VB中,有效地分离了光生电子空穴,光催化性能最佳。在太阳光模拟器的照射下反应2 h之后,8 h合成的空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料对四环素的降解效果最好,降解率高达91%。     

TiO_2-SnO_2异质结纳米棒催化剂高效光降解甲基橙

采用水热法合成SnO_2-TiO_2异质结纳米棒光催化剂,该材料具有独特的纳米棒和异质结结构,可有效阻止光生电子和空穴的复合,通过光电流、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段证明其异质结功效.该材料作为光催化剂,使用时能大幅提升紫外光降解甲基橙(MO)的效率.     

锯齿型GeSe纳米带的边缘态对整流效应的调控研究

锯齿型硒化锗(ZGeSeNR)是准一维纳米结构的材料,由于其具有特殊的维度特性及优异的电子特性而成为研究热点.本研究使用密度泛函理论和非平衡格林函数结合的方法,系统地研究了边缘结构对锯齿形硒化锗纳米带的电子结构及输运性质的影响.能带结构图显示边缘裸露的ZGeSeNR、P和S原子钝化边缘的ZGeSeNR具有导电的金属性质,用F,Cl, H原子和OH^-根离子钝化处理边缘后的ZGeSeNR则表现出半导体性质.基于不同边缘结构的ZGeSeNR构建金属-半导体界面的两电极器件模型,计算出的器件电压-电流曲线证实了边缘态对整流效应的调控作用.特别是裸露-H原子钝化的锯齿型GeSe纳米带(H-ZGeSeNR)器件中的整流比可达到8.7×10⁵.改变该器件结构中散射区内钝化原子的数目来调控整流特性,最高可得到1.1×10⁷的整流比.研究结果对设计ZGeSeNR纳米整流器提供了重要参考.