Cu-Fe共掺杂TiO2电子结构与抗紫外线能力

采用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征TiO_2,Cu、Fe单掺杂及共掺杂TiO_2电子结构和光学性质.计算结果表明:Cu掺杂属于p型掺杂,Fe掺杂均属于n型掺杂,掺杂能够提升TiO_2的载流子浓度,改善其导电性.掺杂后,半导体的吸收边发生红移,且光学性质变化主要集中在低能量区域.Cu-Fe共掺杂时,掺杂体系同时拥有较大的吸收系数与反射率,且能够明显降低紫外线透射率,具有较好的抗紫外线效果.     

Cu掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了Cu掺杂纤锌矿ZnO体系的电子结构和光学性质.计算结果表明,当Cu掺杂的原子百分比为4.17%时体系的光学吸收性能最好,且在可见光区出现了新的吸收峰.电子结构的分析表明,Cu的引入可以在体系的费米能级引入由Cu-3d电子和O-2p电子相互作用形成的杂质能级,价电子由eg能级向tg能级跃迁吸收的最小光子能量约为0.12 e V,这使得Cu掺杂的ZnO体系的光学吸收边落在了红外光区,同时杂质能级的出现降低了ZnO体系的禁带宽度,提升了ZnO半导体材料对长波光子的响应并有效改善ZnO半导体的光催化活性.     

Cu/N共掺杂ZnS电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnS、N单掺杂、Cu-N共掺杂与Cu-2N共掺杂ZnS晶体的能带结构、电子态密度与光学性质.结果表明,Cu/N共掺杂体系降低了体系的带隙,增加了其光催化活性.对于Cu-2N掺杂,分析其态密度,发现共掺杂体系的总态密度在费米能级附近更加弥散,更多的态密度穿越费米能级,使共掺杂更容易获得p-型ZnS,同时费米能级附近的杂质态降低了跃迁能,使得共掺杂体系能有效提高其在可见光区的吸收系数.     

第一性原理计算Al掺杂的正交相Ca_2Si的电子结构及光学性质

采用基于第一性原理方法对Ca_2Si和Al掺杂Ca_2Si的能带结构、态密度和光学性质进行计算.结果表明Al掺杂引起了晶格结构畸变,晶胞体积增大;Al掺杂Ca_2Si使得费米能级插入价带中,Ca_2Si导电类型变为P型半导体,禁带宽度由未掺杂时的0.26减小到0.144eV,价带主要由Si的3p,Al的3p以及Ca的4s和3d共同贡献,导带主要由Si的3p态贡献;光学性质的结果显示,由于Al掺入,ε1(0)值增大,ε2(ω)向低能端移动,吸收系数、复折射率增大,反射率减小.     

Al掺杂的Ca2Si的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Ca2Si和Al掺杂Ca2Si的能带结构、态密度和光学性质进行计算。结果表明Al掺杂引起了晶格结构畸变,晶胞体积增大;费米能级插入价带中,Al掺杂Ca2Si变为P型半导体,禁带由未掺杂时的0.26eV变为0.144eV,价带主要由Si的3p,Al的3p以及Ca的4s和3d共同贡献,导带主要由Si的3p态贡献;光学性质的结果显示,由于Al掺入,ε1（0）值增大,ε2(ω)向低能端移动,吸收系数、复折射率增大,反射率减小。     

Cu/Al共掺ZnO光学性质的第一性原理计算

利用Material Studio2017软件中基于密度泛函理论的CASTEP模块,仿真建立2×2×2的ZnO超晶胞,在相同情况下用不同比例的Cu/Al(Cu-Al、2Cu-Al和Cu-2Al)替换超晶胞中的Zn原子,得到Zn_1－x－yCu_xAl_yO体系,对本征ZnO和各掺杂体系ZnO的电子结构和光学性质进行了第一性原理计算.结果表明:上述各掺杂体系在低能区的光吸收均发生红移,体系为简并半导体.可针对ZnO的不同用途,通过控制Cu/Al掺杂比来提高该体系在可见光范围内的光吸收或光透射.在可见光范围内,Zn_{0.812 5}Cu_0.125Al_{0.062 5}O体系的光吸收最强,可用于制作太阳能电池板的光电极材料等;Zn_{0.812 5}Cu_{0.062 5}Al_0.125O体系的透光率高,可用于制作高透光ZnO半导体薄膜.     

水热法制备Co掺杂ZnO纳米棒的及其光学性能分析

采用水热法制备了不同Co掺杂浓度的六方纤锌矿结构的ZnO纳米粉体材料,通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和(光致发光)PL谱对样品的形貌、结构、光学性能分别进行了表征和测试. XRD分析结果表明:Co掺杂并未改变纤锌矿ZnO的晶体结构;SEM可以看出随着Co掺杂浓度的增大,花状ZnO纳米棒的均匀性变差,而且不同浓度Co掺杂ZnO纳米棒中均出现了少量的且尺寸较小的单根纳米棒;而PL光谱显示样品在381 nm附近具有微弱的紫外发光峰,在位于579 nm附近具有较强的可见光发光峰.特别是Co掺杂ZnO纳米棒的紫外发光峰强度同本征样品相比没有明显的变化,而可见光发光强度同本征样品相比具有明显的下降.随着Co掺杂浓度增大,样品可见发光峰的强度先减小再增大,说明样品的结晶质量先提高再降低.当Co掺杂的浓度为2.0%时,所制备的ZnO花状纳米棒具有良好的结晶质量,具有优异的光学性能.     

掺杂硫化铅体系的电子性质研究

基于密度泛函理论和广义梯度近似,对掺杂PbS体系进行了电子性质的第一性原理计算. 首先,对恒定掺杂浓度(6.25%)时3种替换杂质(Cd、Sn、Sb)不同掺杂位置的形成能进行比较分析,得到了最稳定的掺杂结构. 然后,计算不同掺杂体系的能带结构,能带结构发生了平移,带隙随掺杂原子序数单调递减. 最后,研究掺杂前后光学性质,光学性质的显著变化出现在Sb掺杂的PbS体系中,主要包括介电光谱下杂质峰的出现、相关红移现象以及掺杂后吸收谱能带边缘的拓展. 同时,Cd掺杂PbS介电光谱的反射峰最小.     

不同Mg掺杂位置对ZnO电子结构、态密度和光学性质的影响

通过一性原理计算, 研究了替代位和间隙位Mg掺杂对ZnO电子结构、态密度和光学性质的影响. 结果表明, 替代位Mg掺杂导致ZnO带隙展宽, 而间隙位Mg掺杂ZnO形成n型半导体. 比较了纯ZnO和不同Mg掺杂位置MgZnO体系的分波和总电子态密度, 并解释了相应的电子结构和光学性质的差别. 发现替代位Mg掺杂和纯ZnO体系的光学特性差别较小, 而间隙位Mg掺杂导致ZnO光吸收边蓝移, 折射率减小, 而且在可见到近紫外光区域 (0到4.2 eV), 具有比纯ZnO更好的光透过性.     

掺杂浓度和温度对δ掺杂的Al_xGa_(1-x)As/GaAs双量子阱系统电子态结构和子带间光学吸收系数的影响

在有效质量近似下,通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,计算了在温度不为零时δ掺杂的AlxGa1-x As/Ga As双量子阱系统的电子态结构.研究了温度和掺杂浓度对双量子阱系统子带能级、费米能量、及子带间线性光学吸收系数的影响.研究发现,系统的本征能量随温度升高或随掺杂浓度的增大而增加;费米能量随温度升高而减小,随掺杂浓度的增大而增加;子带间总的吸收系数随温度的升高而减小,随掺杂浓度的增大而增加.除子带间跃迁3-6,4-5随温度升高线性光学吸收系数增加外,其他各主要子带间跃迁随温度升高线性光学吸收系数而减小;各子带间线性光学吸收系数随掺杂浓度的增大而增加.     

N/Zr共掺杂锐钛矿型TiO_2光催化协同作用机制的第一性原理研究

采用平面波超软赝势法计算了N,Zr单掺杂和共掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构和光学性质.根据能量最低原理比较了不同替位掺杂构型的最稳定结构,而后分析单、共掺杂构型中各自的能带结构,通过计算态密度及分波态密度分析了其光学性质改善机制.此外通过分析体系的电荷密度图得出N与Zr有团簇成键的趋势.对不同掺杂体系的光学性质进行了对比分析,发现共掺杂方法可以有效增强TiO2材料对可见光的吸收以促进其更好的利用太阳能.本文的理论计算和分析将有助于理解共掺杂方法提高TiO2光催化效应的协同作用机制.     

铜掺杂纳米氧化锌薄膜的制备及光学特性

氧化锌（ZnO）是一种新型稀磁半导体材料,有优良的磁学及光学性质,透明度高,常温发光性能优异.根据半导体掺杂原理,以氧化锌为原料,过渡金属元素铜为掺杂元素,采用化学气相沉积法（CVD）,制备了铜掺杂纳米氧化锌薄膜.利用晶向显微镜观察ZnO：Cu在衬底硅片上的表面形貌和生长情况,利用光致发光谱和分光光度计分析了样品的光发射和光吸收特性,研究了薄膜的伏安特性.发现铜掺杂对氧化锌薄膜的光吸收和光发射以及表面伏安特性都有很大的影响.随铜掺杂含量的增加,光吸收强度明显增大,光发射峰更加丰富.适当掺杂量的情况下,电流明显增大,但掺杂量太大,会引入缺陷和晶界,反而会使漏电流增大.10％-20％掺杂量为比较理想的掺杂量.     

铟氮共掺杂氧化锌在可见光下的光催化活性

铟氮共掺杂氧化锌采用两步法合成,首先采用共沉淀方法制备铟离子掺杂的氧化锌,然后采用氨气中退火的方法制备铟氮共掺杂氧化锌.研究表明共掺杂样品比只掺杂氮的样品具有更多的可见光吸收.采用可见光下对异丙醇的降解来评价样品的光催化活性.研究结果表明在氮离子和0.5%铟离子掺杂下具有最好的光催化活性.     

N-S共掺ZnO的第一性原理研究

通过第一性原理方法计算了未掺杂、N单掺和N-S共掺ZnO的电子结构。对态密度的计算发现，N单掺时会在价带顶费米能级附近形成一个局域性很强的能级，N-S共掺后N的局域性减弱，费米能级更加深入价带导致空穴浓度增加；对有效质量的计算发现，共掺时的有效质量较单掺时减小。计算结果表明，N-S共掺相对于N单掺有利于形成p型ZnO。     

Zr 掺杂对锐钛矿型TiO2 电子结构和光学性质的影响

本文采用密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了Zr 掺杂对锐钛矿型TiO₂ 电子结构和光学性质的影响, 计算了Zr 掺杂前后锐钛矿型TiO₂ 的电子态密度分布、能带结构、光吸收系数等性质, 定性地分析了掺杂前后电子结构和光学性质的变化. 研究结果表明: Zr 掺杂锐钛矿型TiO₂, 导致带隙减小, 掺杂后在360~400nm 附近的光吸收系数增大, TiO₂ 的吸收带产生红移, 增强了TiO₂ 的光催化活性, 理论与实验结果 一致.     

Sb掺SnO2的光电性质研究

基于密度泛函理论,我们研究了掺杂浓度为12.5%时Sb掺杂SnO₂的电子结构和光学性质,包括能带结构、态密度、介电函数和光学吸收谱。掺杂后的SnO₂材料的导电性得到了明显的增强,具有了半金属的性质;费米能级处能带细化,介电常数和光学吸收谱具有对应关系,光学吸收谱峰值发生了蓝移。     

锌氧化物的制备优化和掺杂对其性质的影响

以铜片为阴极,采用恒电流法从硝酸锌溶液中电沉积出氧化锌薄膜.分别讨论了溶液浓度、温度和掺杂对薄膜结构和组成的影响,以及掺杂对薄膜光学性质的影响.结果表明在低浓度和低温时,将有金属锌析出.当掺杂时,氧化锌的粒径将减小.当掺杂氯化铜时,氧化锌的吸收带边将从375nm增加到458nm,带隙能相应地从3.3eV降到2.7eV.