全氟化的钾外掺杂富勒烯 K???C24F24的结构与额外电子特性研究

采用 B3LYP/6-311+G(d)方法研究了钾外掺杂的全氟化富勒烯 K???C24F24体系的结构及额外电子特性.计算结果显示,在 K 和 C24F24笼的强相互极化作用下,K 的价电子转移到 C24F24笼中形成额外电子和键长大于3.0?的新型长程 K+???C24F24-弱离子键(相互作用能为-65.63 kcal/mol).由于额外电子作负离子,K???C24F24体系具有明显的 electride 特征.值得注意的是,额外电子的一部分占据于笼子内部而另一部分占据在笼子骨架上.这使得其具有独特的部分溶剂化电子和部分偶极束缚电子的特征.我们还计算了 K+???C24F24-的额外电子吸收光谱     

硒化镉量子点与C60间的光致电子转移动力学研究

结合稳态和时间分辨光谱技术,研究了CdSe量子点与富勒烯C₆₀构成的模型太阳能电池体系中,荧光发射猝灭以及基态漂白恢复的动力学过程,发现二者间的荧光猝灭是由CdSe量子点与C₆₀间的光致电子转移所引起的,并且电子转移的速率随着量子点粒径的增大而减小:4.3×10~9 s^-1(3.0 nm),1.1×10~9s^-1(3.5 nm),0.60×10~9 s^-1(4.0 nm).该结果为设计、构筑以CdSe量子点为中心的光电转化体系,以及提高其光电转化效率提供了实验依据.     

羧基富勒烯增强g-C3N4材料的制备及光降解罗丹明B的研究

富勒烯具有合适的能带间隙,能够实现快速的光诱导电荷分离和相对缓慢的电荷重组,被认为是一类增强半导体光催化活性的优良材料。本研究中通过Prato反应在富勒烯表面引入羧基制得衍生物C₆₀-(COOH),采用可见-近红外光谱、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和质谱对合成的产物进行表征,表明了合成的羧基富勒烯衍生物是1到4加成的羧基化衍生物。通过液相沉淀法制备C₆₀/g-C₃N₄和C₆₀-(COOH)/g-C₃N₄复合材料,采用X射线衍射、紫外-可见漫反射等分析手段表征复合材料的性质,并使用合成的复合材料在可见光下对罗丹明B进行光催化降解实验,实验表明C₆₀-(COOH)/g-C₃N₄复合材料具有最高的光催化活性,其光催化降解罗丹明的速率为C₆₀/g-C₃N₄复合材料的1.3倍,是g-C₃N₄复合材料的1.6倍。此外还对g-C₃N₄、C₆₀-(COOH)/g-C₃N₄、C₆₀/g-C₃N₄复合材料做了回收实验。实验结果表明C₆₀-(COOH)/g-C₃N₄复合材料仍可以降解49.4%的罗丹明B,是g-C₃N₄复合材料的1.2倍,是C₆₀/g-C₃N₄复合材料的1.7倍。上述实验结果表明,羧基化的富勒烯是比富勒烯更高效的增强光催化活性物质,由此制备的半导体复合材料是一种有应用前途和非常有效的光催化剂,能够有效地降解有机污染物。     

三元硼化物TaNbB2的结构、力学性质及电子结构研究

目的 研究三元过渡金属硼化物TaNbB₂的结构、力学性质及电子结构。方法 基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理和粒子群优化算法(CALYPSO)晶体预测技术。结果 预测了三元过渡金属硼化物TaNbB₂在0 K,0 GPa下的基态相为一空间群为Amm2(No.38)的正交结构。通过形成焓、声子谱的计算以及基于弹性常数的力学稳定判据证明其能够稳定存在于常温常压。同时也系统研究了TaNbB₂的弹性性质、弹性各向异性和电子结构。结论 证明了Amm2-TaNbB₂是一种硬度、力学各向异性优异的晶体材料,并从原子尺度获得了其微观结构和宏观力学性质之间的关系,为工程应用、实验合成以及理论研究提供帮助。     

Ru掺杂MnO2电子结构的第一性原理浅析

通过密度泛函理论框架下的第一性原理的广义梯度近似方法(GGA),对金红石型MnO2以及掺杂Ru形成的复合氧化物Mn0.875Ru0.125O2的晶体结构、能带结构、电子结构和态密度等进行计算.结果表明:计算的金红石型MnO2以及RuO2的点阵参数与文献的数值相吻合;Ru掺杂后使金红石型MnO2的晶胞体积变大;Ru掺杂后使体系在费米面附近引入了杂质能级,材料由直接间隙半导体转变为半金属,导电类型发生了改变.     

La/S共掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理对La/S共掺杂前后锐钛矿相TiO2的晶格参数、电荷布居以及电子结构进行了计算.结果表明:La/S共掺杂导致TiO2晶格膨胀并减小了锐钛矿相TiO2的禁带宽度,同时在TiO2禁带之内引入了局域态的杂质能级,这些杂质能级可以充当电子从价带到导带跃迁的桥梁以减小激发光子的能量从而提高太阳光的利用率.为实验上合成的La/S共掺杂TiO2可见光催化剂提供了一定的理论基础.     

Fe3/Cr3超晶格电子结构和磁性的第一性原理研究

采用基于第一性原理的全势线性缀加平面波方法(FLAPW), 计算了超晶格Fe₃/Cr₃的电子结构, 研究了该体系在铁磁耦合与反铁磁耦合两种状态下的磁矩分布和能态密度. 结果表明铁磁耦合状态是基态.     

理论研究半金属TiB2的电子结构和光学特性

为了系统地分析半金属TiB₂的能带结构及光学特性,采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算分析了TiB₂的电子结构及光学特性。能带结构表明TiB₂具有直接带隙宽度为0.388 eV的半金属材料,在费米能级附近,态密度的价带主要由Ti的3p价电子和B的2p价电子起作用,导带由Ti的3d价电子起主要贡献。从获得的光学特性参数发现在光子能量为0.73 eV处,Ti的4s3p和B的2p电子发生共振,复介电函数的峰值主要出现在低能区,材料对紫外光的最大吸收系数为4.03×10⁵cm^-1。本研究得到的光学特性参数在光电子器件、微电子和紫外探测器等制作方面有着较好的参考作用。     

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.     

LiCoO2的体态几何与电子结构的理论研究

采用基于局域密度泛函理论和第一性原理赝势法,选择GGA交换关联势,使用自洽投影缀加平面波方法,对锂离子电池正极材料LiCoO2的原子几何结构与电子结构进行了理论研究.给出了其结构--总体态密度与分波态密度、电荷密度分布以及能带结构等,并对三种超晶胞模型进行了简要对比研究.计算结果表明三种模型在计算上是等价的;完全驰豫后所得的晶体结构、晶格常数、电子结构及能带结构等都与其他方法的计算结果以及实验值符合良好.     

Mg掺杂ZnSe电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论下的第一性原理平面波赝势方法,结合广义梯度近似,对Mg掺杂闪锌矿Zn Se的MgxZn1-xSe电子结构和光学性质进行了研究.结果表明:MgxZn1-xSe是一种直接带隙半导体,其价带顶主要由Se-4p态电子构成,位置基本保持不变;导带底主要由Se-4s态电子和Zn-4s态电子共同决定,并且随着掺杂浓度的增大向高能区方向移动,其能隙宽度随掺杂量的增大而变宽,吸收光谱出现蓝移,计算结果与现有文献符合得很好.     

高压下CaF2晶体的电子结构与光学性质

利用第一性原理超软赝势平面波的方法,对氟化钙晶体在0～400 GPa范围内进行了几何优化,计算了电子结构与光学吸收谱,计算结果表明,随着压强的增大,晶格减小,能带发生展宽,带隙变大,吸收波段存在蓝移,且压强变化的影响越来越小。     

Zn掺杂MoS2的构型、电子结构及电催化析氢性能的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对二硫化钼(MoS₂)完整表面和不同掺杂浓度下过渡金属Zn原子掺杂MoS₂表面(Zn-MoS₂)的构型、电子结构及其电催化析氢性能进行了研究.研究结果表明:与MoS₂完整表面相比,Zn掺杂单层MoS₂的氢吸附吉布斯自由能(-0.09 eV)明显减小,接近理想值(约0 eV),表现出优异的析氢催化反应性能.电子结构研究结果表明:Zn掺杂MoS₂表面后,体系费米能级附近出现了Zn-3d轨道的带隙态,这表明有效调控了MoS₂催化材料的电子结构.在费米能级附近还出现了与Zn原子相邻的S原子的3p轨道的新电子态,可有效增强S-3p轨道和H-1s轨道的重叠,从而提高吸附氢的性能、优化电催化析氢性能.进一步对不同Zn掺杂浓度下Zn-MoS₂体系的研究结果表明提高Zn掺杂浓度仍能保持优异的电催化析氢反应性能.该文通过引入不同Zn掺杂浓度的方法,对MoS₂电催化剂的电子结构进行调...     

二维磷酸锌Zn2（H2PO4）3（HPO4）2·3C8H12N的离子热合成、结构与表征

以溴化N-丙基吡啶离子液体为溶剂,在离子热反应条件下,合成了二维磷酸锌化合物Zn2(H2PO4)3(HPO4)2·3C8H12N.X射线单晶结构分析结果表明:该化合物属于正交晶系,Pca21空间群;晶胞参数a=2.257 8(3)nm,b=0.965 6(13)nm,c=1.829 8(2)nm,V=3.989 2(9)nm3,Z=4.     

层状杂化材料M2（OH）4-x(C10H17O2)x·zH2O中有机官能团与无机金属的配位模式

运用红外光谱(IR)技术对嫁接了手性3,7-二甲基-6-辛烯酸的杂化材料M2(OH)(4-x)(C10H17O2)x·zH2O中有机官能团与无机金属的配位模式进行了分析和讨论。结果表明,有机-无机杂化材料M2(OH)(4-x)(C10H17O2)x·zH2O中,羧基官能团采取了二齿配位的连接方式,一端与无机金属连接,另一端通过氢键与羟基或者水键合。     

第一性原理研究MoS2的电子结构及光学性质

为了系统深入地研究MoS_2的电子能带结构和光电性质,基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算和分析了材料MoS_2的电子结构及其光学性质,给出了MoS_2的能带结构、光吸收谱、电子态密度、能量损失谱、反射谱、介电函数谱等光学性质。计算结果表明:体材料MoS_2的电子跃迁形式是非垂直跃迁,具有间接带隙的半导体材料,带隙宽为1.126 eV;价带和导带的形成是由Mo和S的价电子起作用产生的。通过分析其光学性质,发现MoS_2的介电函数的实部和虚部的峰值都出现在低能区,当光子能量的升高,介电函数值会缓慢降低;材料MoS_2对可见紫外区域的光子具有很强的吸收,最大吸收系数为3.17×105cm~(-1);MoS_2在能量为18.33eV位置出现了共振现象,其它区域内能量的损失值都趋于为0,说明电子之间共振非常微弱。这些光学性质奠定了该材料在制作微电子和光电子器件方面的作用,尤其是在紫外探测器应用方面有着潜在的应用前景,为未来对MoS_2材料的进一步研究提供理论参考。     

一个镧/铋异金属杂化分子［Nd(DMF)8·Bi2I9］n的结构与性能

Nd(NO3)3·6H2O、Bi(NO3)3·5H2O和NaI在DMF溶液中反应得到一个新颖镧/铋异金属杂化分子[Nd(DMF)8·Bi2I9]n(1)(DMF=N,N'-二甲基甲酰胺),用X-射线单晶衍射进行结构确定,并用红外、紫外、荧光光谱表征.根据结构解析,化合物(1)为单斜晶系,P2(1)/c空间群,分子式C24H56Bi2I9N8NdO8,Mr=2289.07,单胞参数:a=1.011 6(2)nm,b=2.246 5(5)nm,c=2.672 8(7)nm,β=97.915(9)°,V=6.016(2)nm3,Z=4,Dc=2.527 g·cm-3,F(000)=4 092,μ(Mo Kα)=11.343 mm-1,最终偏离因子R1=0.071 7,wR2=0.124 3.其结构由[Nd(DMF)8]3+阳离子和无机(Bi2I9)3-聚阴离子组成,它们之间通过多样C—H…I氢键相互作用拓展为一个3-D结构异金属杂化网络.光学吸收谱表明其带隙为2.23 eV,具有半导体性质.荧光光谱表明其荧光发射包含有机和无机的贡献,实现功能复合.     

Zn掺杂锐钛矿TiO2的电子结构及光学性质的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对Zn掺杂锐钛矿TiO_2进行了结构优化,并对掺杂前后的能带结构、电子态密度和吸收光谱进行了计算。研究表明:Zn掺杂锐钛矿TiO_2体系为间接带隙半导体,在价带顶部引入了杂质能级,杂质能级主要由O-2p轨道和Zn-3d轨道贡献,杂质能级的引入增强了TiO_2对可见光区的响应,增大TiO_2的光吸收范围。实验结果表明:Zn掺杂使锐钛矿TiO_2吸收边红移,并能增强TiO_2的光电效应,可用于材料的光阴极保护。     

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.     

C24H16N7O9Sm的晶体合成、结构与性质研究

用水热合成法合成了配合物C24H16N7O9Sm,并通过X单晶衍射测定了晶体结构.该配合物是以单核零维分子形式存在,中心离子Sm3+分别与邻菲啰啉上的氮原子和硝酸根上的氧原子以双齿螯合方式配位,配位数是10.通过红外、紫外、荧光光谱分析及热重分析,表明标题配合物具有良好的热稳定性,在292cm-1处有一强的紫外吸收峰,在634nm处的荧光发射峰强度最大,为Sm3+的4 G5/2→6 H9/2的电荷跃迁的特征发射光谱.