层间互作用势对HgS/CdS柱状超晶格电子能带结构的影响

给出了柱状超晶格层间互作用势随径向的变化关系,用微扰法求出了考虑层间互作用情况下HgS/CdS柱状超晶格电子能带结构,讨论了层间相互作用对电子能带结构的影响.结果表明:考虑层间相互作用后HgS/CdS柱状超晶格中电子仍具有能带结构,且能带宽度随势垒宽度的减小而增大,而禁带宽度则相反.内层介质半径增大时,能带宽度将增大,而禁带宽度将减小;层间作用的存在使能带结构向上移动,而带宽稍有增大,禁带宽度稍有减小.     

（HgS／CdS）nHgS线状超品格电子能带结构

建立了由两种不同材料构成的沿轴向的线状超晶格体系的薛定谔方程，并对(HgS／CdS)nHgS线状超晶格作具体计算，探讨了势阱和势垒宽度对电子能谱的影响。结果表明：沿轴向方向的线状超晶格系统的电子能谱存在能带结构，低能带的宽度要比高能带的宽度小；势阱宽度增大和势垒宽度减小会使带底的位置降低而带宽增大；圆柱半径在40^。A左右时，第一禁带宽度最大。     

热膨胀对固体能带结构的影响

以体心立方结构为例, 利用紧束缚理论, 讨论了热膨胀对固体能带结构的影响, 具体计算了体心立方晶格的1S能带和2S 能带. 结果表明: 随着温度的上升, 热膨胀将使固体的晶格常数发生变化, 使得1S 和2S 的能带中心和能带动边缘产生移动, 从而对各能带的宽度和两带之间的禁带宽度都产生影响. 所得结论能较好地说明锂金属的部分实验结果.     

空位缺陷对CrSi_2光电性能的影响

采用第一性原理方法,计算含空位缺陷CrSi2的电子结构和光学性质,并分析含Cr和Si空位缺陷的CrSi2光电性能.结果表明:Cr和Si空位均使CrSi2的晶格常数和体积变小;能带结构密集而平缓,且整体向上移动,Si空位缺陷形成带隙宽度为0.35eV的p型间接带隙半导体,Cr空位缺陷在原禁带间出现两条新的能带;含空位缺陷CrSi2的电子态密度仍主要由Cr3d层电子贡献,Si空位缺陷对电子态密度的影响较小,Cr空位缺陷提高了Fermi面处的电子态密度;与CrSi2相比,含空位缺陷CrSi2的介电峰均向低能方向略有偏移且峰值降低,吸收系数明显变小.     

掺杂稀土元素La对TiO2纳米粉末光催化制氢性能的影响

为了改善TiO_2体系的光催化制氢性能,以La元素为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂La的TiO_2纳米粉末,并研究了掺杂La对光催化制氢性能的影响。结果表明:La离子的掺入导致TiO_2体系吸收边红移,禁带宽度减小;随着La离子的掺入,样品的制氢性能呈现先增大后减小的趋势。当La离子掺杂的摩尔分数为3%时,体系具有最优光催化制氢性能,光催化3 h的制氢量达到577.5μmol/g,比未掺杂的TiO_2纳米粉末性能增强了4.1倍,且经5次循环利用后仍表现出良好的光催化稳定性。研究同时发现,La离子具有调节TiO_2体系表面氧空位浓度的作用。氧空位有利于光生电子的俘获,实现光生载流子分离,从而有利于增强TiO_2体系的光催化制氢性能。     

Cu3P修饰改性CdS光催化析氢性能研究

助催化剂的负载是提高催化剂光生电子-空穴对分离效率的有效策略之一。通过水热法成功得到了CdS纳米棒,基于形貌调控策略将不同质量的Cu₃P纳米颗粒通过溶剂热法与CdS纳米棒成功复合。两种材料复合之后大大降低了Cu₃P的团聚程度。一系列实验表明,Cu₃P颗粒的引入显著提高了CdS的光捕获能力,这为激发CdS产生更多的光生载流子提供了条件。基于实验结果提出了可能的光催化裂解水析氢的机理,Cu₃P的有效负载为CdS提供了表面反应活性中心,进一步抑制了CdS光生载流子的复合,加快了光催化析氢反应,快速地将生成的氢气释放。该工作为改善CdS光催化析氢活性提供了合理的手段和策略。     

空心CdS纳米晶的合成及发光性能研究

以氯化镉和硫化钠为原料,在水相体系中合成CdS纳米晶,通过透射电子显微镜观察发现,在100℃下合成的CdS纳米晶具有空心结构,粒径为20～30nm,且壁厚均匀,约为3～5nm;在70℃下合成的CdS纳米晶为实心结构,粒径约为20nm,存在较严重的团聚现象.紫外-可见吸收光谱表明：空心CdS纳米晶的吸收波长与实心CdS纳米晶相比蓝移136.74nm,这表明其禁带宽度增大0.11eV.光致发光光谱表明：空心CdS纳米晶的表面缺陷态发射较实心CdS纳米晶有所增强,这是其存在内表面的结果.     

长方网格与正方介质柱组合构成大带隙二维光子晶体

将呈网带连通的长方网格与呈离散状态的正方介质柱组合构成长方晶格光子晶体，用快速平面波展开法计算其能带结构．通过参数优化．在低频区找到最大绝对禁带宽度△w=0.1056we(we=2π/a,a为晶格常数，c为光途)，绝对禁带中心频率we=0.90338we,△w/we-11.7%。     

掺氟钨酸铅晶体的电子结构研究

用密度泛函的方法计算了掺氟钨酸铅晶体(F^-：PbWO4)的电子结构．结果表明，杂质F^-离子的掺入使得部分O的2p态和W的5d态分裂并进入到禁带中，使得禁带宽度变窄．F的2p态距离价带顶6．0eV左右，因而不会影响晶体的蓝发光．F^-离子替位氧离子O^2-可以部分地补偿由于铅空位VPb所造成的局域电荷失衡，阻止铅空位VPb抓住空穴形成复合色心．因此，可以减弱420nm吸收带，有效地增加光产额．     

TiO2光催化剂在污水处理领域中应用

分析了TiO2光催化技术研究现状,探讨了光催化反应机制,并讨论了影响TiO2光催化反应活性的主要因素：（1）贵金属沉积可以提高催化剂表面光生载流子的分离效率,有利于生成更多的.OH;（2）金属离子掺入TiO2晶格中可能引起晶格位置缺陷或改变结晶度,抑制了电子与空穴的复合,延长载流子的寿命,从而使光催化的性能得以改善;（3）半导体复合可以提高系统的电荷分离效果,扩大对光谱的吸收范围;（4）晶粒尺寸小,光生电子和空穴从TiO2体内扩散到表面的时间短,它们在TiO2体内的复合几率减小,光催化活性高.     

Al和氧空位对ZnO:Co稀磁半导体磁性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Al共掺杂和氧空位缺陷对Co掺杂ZnO磁性质的影响,发现Al原子共掺杂引入的自由电子载流子会稳定体系的反铁磁性从而减弱Co原子间的铁磁性交换,而氧空位缺陷束缚的电子载流子对提高体系的铁磁性具有积极的作用.氧空位引入的电子载流子部分转移到Co原子和近邻Zn原子,形成以电子载流子为媒介的Co原子间的耦合作用,稳定体系的铁磁态,增强Co原子间的交换耦合作用.     

Y-Nb共掺杂金红石型TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

目的计算分析Y-Nb共掺杂对金红石型TiO2的微观结构、电子结构和光学性质的影响,为实验研究和实际应用提供理论依据。方法采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法。结果 Y掺杂后禁带宽度减小,出现受主能级并跨越了费米能级,低能区出现介电峰,价带主要由O 2p态、Ti 3d和Y 3p4d态共同构成;Nb掺杂后禁带宽度有所减小,价带和导带整体负移,但是对介电峰没有明显的影响;Y-Nb共掺杂的形成能最低,杂质原子引起了晶格结构的畸变,使得以Ti为中心和分别以Y、Nb为中心的氧八面体正负电荷中心分离,从而产生内偶极矩,有利于光生电子空穴对的分离。结论 Y-Nb共掺杂极大地减小了禁带的宽度,提高了金红石型TiO2对可见光吸收性,从而减少电子从价带跃迁到导带所需的能量。     

Y-Nb共掺杂金红石型Ti02电子结构和光学性质的第一性原理研究

目的计算分析Y-Nb共掺杂对金红石型TiO2的微观结构、电子结构和光学性质的影响,为实验研究和实际应用提供理论依据。方法采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法。结果Y掺杂后禁带宽度减小,出现受主能级并跨越了费米能级,低能区出现介电峰,价带主要由O2p态、Ti3d和Y3p4d态共同构成;Nb掺杂后禁带宽度有所减小,价带和导带整体负移,但是对介电峰没有明显的影响;Y-Nb共掺杂的形成能最低,杂质原子引起了晶格结构的畸变,使得以Ti为中心和分别以Y、Nb为中心的氧八面体正负电荷中心分离,从而产生内偶极矩,有利于光生电子空穴对的分离。结论Y-Nb共掺杂极大地减小了禁带的宽度,提高了金红石型TiO2对可见光吸收性,从而减少电子从价带跃迁到导带所需的能量。     

Cd1-xZnxS 能带第一性原理计算

为了计算出 Cd1-xZnxS(0≤x≤1)固溶体催化剂的能带结构,以理想晶体结构和原子取代方式构建了Zn的摩尔分数逐渐变化的计算模型,使用基于密度泛函理论平面波赝势方法的CASTEP 软件进行了计算.从计算所得的能带图上可以得出,Cd1-xZnxS(0≤x≤1)为在G(0,0,0)点的直接带隙半导体,费米能级位于禁带中,距离导带底 0.475 eV 的位置.费米能级和带隙宽度均随 Zn 的摩尔分数增大而增加,其变化规律分别为线性和二次曲线关系.将计算所得的带隙宽度随Zn 的摩尔分数的变化规律与实验规律进行比较,得到了与实验规律符合较好的结果,从而可以更好地理解 Cd1-xZnxS(0≤x≤1)固溶体的光学本征吸收特点.     

β-折叠蛋白质的二维网格模型及其能带计算

根据β-折叠蛋白质电子传递机制，建立了一种蛋白质的二维网格模型，并计算了其能带结构，所得禁带宽度基本符合A．Szent-Gyioergyi提出的一般蛋白质禁带宽度标准（2～5eV）．     

稀土（Sc, Y, La）掺杂CdS光电性质的第一性原理研究

采用第一性原理赝势平面波方法对CdS掺杂稀土元素(Sc、Y、La)的光电性质进行了计算与分析.计算结果表明:Sc、Y、La掺杂后,CdS的晶格常数增大,晶胞体积也相应增大.Sc、Y、La置换Cd导致费米面进入导带中,禁带宽度有所增大,导电类型变为n型,说明稀土Sc、Y、La是n型掺杂剂.稀土原子Sc、Y、La在费米能级处提供了额外的载流电子,对CdS的电子结构起到了改善作用.稀土原子的引入,增强了稀土原子与相邻S原子的相互作用,且稀土原子与S成键都有很高的共价性.稀土掺杂后CdS的静态介电常数、吸收系数和反射率都明显降低,表明其导电性和光的透过率增强.以上结果说明稀土元素的掺入能有效调制CdS的光电性质.     

锐钛矿型TiO2(001)和(100)面能带排列的理论研究

对于半导体光催化反应，表面水的吸附状态会影响半导体的能带位置，进而影响其光催化效率.本文基于密度泛函理论，通过构建单层水吸附的锐钛矿型TiO₂(001)和(100)表面模型，计算了不同水吸附状态下的吸附能，从而来初步预测两种表面最稳定的水分子吸附构象.计算结果表明，水分子在TiO₂(001)和(100)表面上混合吸附时对应的吸附能最低.因此，两种表面热力学上最稳定的单层水吸附构型是混合态吸附.另外，水分子的吸附会导致TiO₂(001)和(100)面的能带位置发生上移，从而靠近真空能级.相比于TiO₂(001)面，(100)面能带位置上移程度更大.     

Si空位缺陷对β-FeSi2电子结构和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法对含Si空位的β-FeSi2 缺陷体系的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行计算。结果表明,Si空位引起了晶格结构发生畸变,能带变窄,在价带与导带之间形成一个独立能带,费米面整体向上发生微小偏移,形成了P型半导体。对光学性质的研究发现,由于Si空位的介入使其邻近原子电子结构发生变化, 静态介电常数 (0)增大; 的第一峰的位置向低能端移动,吸收系数发生微小红移。     

纳米ZnO的温和液相法制备及其光催化性能

以ZnCl₂作为锌源,采用液相法制备了由粒径约17 nm的氧化锌粒子组合而成的花状六方纤锌矿晶体结构的氧空位缺陷型ZnO纳米材料,对制备的ZnO纳米材料的结构、形貌和成分进行了表征,计算了其禁带宽度,并通过光催化降解亚甲基蓝研究了其光催化性能.结果表明:氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有很好的结晶度和形貌,且禁带宽度为3.17 eV,低于普通ZnO的禁带宽度.当光催化降解亚甲基蓝溶液0.5、2.5 h时,降解率分别为20%和80%,降解速度是普通Ag纳米颗粒掺杂氧化锌的4倍,表明制备的氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有优异的光催化性能.     

卟啉及金属卟啉的瞬态表面光伏特性

通过对比研究卟啉单体、 二聚体及金属卟啉单体的瞬 态光电压性质, 发现其光生电子-空穴对完全分离的时间： 单体小于二聚体, 卟啉配体小于金属卟啉. 卟啉配体电荷载流子缓慢衰减, 而金属卟啉在短时间内, 电子在接近半导体表面空间电荷区域里实现了载流子的快速分离. Cu卟啉的光生电荷载流子瞬态光电压信号与卟啉配体有相似之处, 且与其他金属卟啉也有相似之处. 在金属离子Co²⁺,Ni²⁺,Cu²⁺,Zn²⁺的影响下, 电子-空穴对开始分离的时间大约在2×10^-7 s, 负信号是由接近半导体表面空间电荷区域内快速载流子分离所致, 金属卟啉中心离子d电子数不同, 光生电荷载流子快速分离时间也略有不同.