真空退火对ZnMnO：N物理特性影响的研究

利用金属有机源化学气相沉积（MOCVD）技术,在蓝宝石上外延了Mn-N共掺ZnO薄膜,同时,将得到的ZnMnO：N样品分别在700,900和1100°C的温度下进行真空退火处理.X射线衍射（XRD）显示真空退火使薄膜样品的晶格质量变差,但样品都具有良好的单轴取向.ZnMnO：N样品的拉曼光谱（Raman）和光致发光谱（PL）光学表征显示真空退火使得样品中氧空位（VO）增多.对NT,Mn共掺ZnO晶体的第一性原理模拟计算揭示了N,Mn共掺ZnO的态密度存在较强的p-d相互作用,产生磁矩.一旦引入氧空位（VO）后,费米能级上移,p-d相互作用消失,磁矩减小甚至消失.实验表征分析与模拟计算结果一致：对于N,Mn共掺ZnO薄膜样品,引入氧空位（VO）后,铁磁性减弱.因此,Mn3d电子与N2p局域束缚的电子形成的磁性束缚激子（BMP）决定了磁性相互作用的产生.     

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.     

B、N共掺杂单层石墨烯电子结构和导电性能

利用密度泛函理论研究方法对B、N原子以邻、间、对位等3种不同的相对位置以相同的比例(12.5%)共掺杂单层石墨烯的电子结构进行研究,分别计算共掺杂结构的能带结构、态密度、电荷密度和电荷差分密度等。结果表明:B、N原子共掺杂石墨烯的价带和导带之间出现直接带隙,而且价带电子轨道和导带空轨道分布更靠近费米能级,共掺杂石墨烯可同时作为电子的供体和受体,间位共掺杂结构的带隙值最小(1.296eV).在共掺杂结构的电荷重新分布过程中,B、C和N间的互相杂化和电荷的转移主要发生在各原子的2p轨道,其中B-C原子杂化轨道分布更靠近费米能级,C-N原子杂化轨道能分布在较低的能量区间。     

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.     

氟掺杂对碳纳米管场发射特性的影响

首先建立有限长两端开口、一端封闭、两端封闭的(5,5)型单壁碳纳米管的分子模型,采用原子替代方法得到氟掺杂结构.在此基础上,利用基于局域密度泛函理论的第一原理方法对其进行几何结构优化,再计算其结合能、费米能级和电子态密度等,从而讨论氟掺杂对三种碳纳米管场发射特性的影响.计算结果表明,掺氟后三种碳纳米管的费米能级明显升高,其中一端封闭的单壁碳纳米管的费米能级成线性增大,两端封闭的单壁碳纳米管的费米能级升幅最大,且费米能级处的电子态密度较高,说明两端封闭和一端封闭的单壁碳纳米管经氟掺杂后比两端开口的单壁碳纳米管将在场发射上有着更好的应用前景.     

浅谈铝氮共掺杂氧化锌纳米管电子结构的第一性原理

该文主要采用第一性原理对掺铝、掺氮、铝氮共掺杂氧化锌纳米管的电子结构进行了计算,并分析了差分电荷密度对氧化锌纳米管电子结构的影响.结果显示,铝氮共掺杂可以使主能级局域性对氮形成的影响减小,提高氮的溶解度,这一掺杂方法将是顺利实现氧化锌纳米管p型参杂的有效途径.     

锐钛矿型TiO2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况。分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2．6eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0．25eV的杂质能级。结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是P型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质。     

锐钛矿型TiO_2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究.本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况.分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2.6 eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0.25 eV的杂质能级.结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是p型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质.     

试分析氧化锌p型共掺杂精细结构的第一性原理

本文对p型掺杂ZnO晶体的电子布局、差分电荷、电子结构、电子态密度进行了分析,对ZnO材料p型掺杂精细结构进行了计算.所有计算都是以密度泛函理论框架下的第一原理为基础.通过计算得出:在能隙中掺杂V族元素的氧化锌材料引入了深受主能级,载流子局域在甲带顶附近.而通过加入激活施主的共掺杂技术得出,由于受主能级向低能方向移动,从而形成了浅受主能级.     

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。     

金属共掺杂对TiO2光催化性能的影响

采用sol—gel法制备了Fe^3 -Ce^4 、La^3 --Ce^4 共掺杂TiO2光催化剂,以对水溶液中Rhodamine B的降解考察其光催化活性。XRD结果表明,制备的催化剂为锐钛矿型。共掺杂催化剂的光活性均高于单掺杂催化剂,La^3 -Ce^4 共掺杂TiO2光催化剂光活性高于Fe^3 -Ce^4 共掺杂TiO2光催化剂。荧光光谱(PL)结果表明,La^3 -Ce^4 共掺杂TiO2光催化剂有较弱的荧光强度,说明光催化活性与荧光强度具有负相关性。     

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.     

Cu-Cd共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算与分析

基于密度泛函理论系统下的第一性原理,对纯ZnO,Cd掺杂ZnO,Cu掺杂ZnO,Cu-Cd共掺杂以及Cu-2Cd共掺杂ZnO五个超晶胞模型分别进行几何结构优化;计算和分析了各体系的晶胞结构,能带结构,态密度以及光学性质方面的介电函数虚部,吸收率和反射率.研究结果表明:Cu,Cd单掺杂可提高ZnO的载流子浓度,改善ZnO的导电性;但Cu和Cd共掺杂ZnO时,体系的E更低,状态更加稳定.光学性质方面:Cd掺杂时,紫外区边发生红移,吸收系数略增大;当Cu单掺以及Cu和Cd共掺杂ZnO,体系在可见光和紫外波段吸收系数明显增大,使得ZnO光催化性能提升;结合Cu和Cd单掺杂的特性,说明当Cu和Cd共掺杂ZnO时,控制Cd的掺杂浓度,半导体会产生不同的透光率,因此控制Cu-Cd的比率来掺杂ZnO可用于制作不同效率的光透性器件.     

退火温度对镁、铕共掺杂氧化锌纳米材料光学性能的影响

采用化学溶液沉积法制备了镁、铕共掺杂氧化锌纳米材料,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和光致发光谱(PL)等测试,选取了5个退火温度,研究了退火温度对镁、铕共掺杂氧化锌纳米材料结构和光学性能的影响.结果表明:所制备的镁、铕共掺杂氧化锌纳米材料均为六角纤锌矿结构,其光学性能与退火温度关系密切,当退火温度为400℃时,发光性能最好.     

V~(5 )、Ho~(3 )共掺杂TiO_2光降解甲基橙(英文)

采用溶胶-凝胶法制备了不掺、单掺和共掺杂纳米TiO2,对样品进行了XRD和UV-Vis吸收光谱分析,并以甲基橙的光脱色反应考察了样品的光催化性能。结果发现V5 拓宽了TiO2光谱响应范围,提高了光的利用率,产生更多的电子-空穴对;Ho3 的掺杂抑制了TiO2粒径的长大,引起了晶格的畸变和膨胀,延缓了光生载流子的复合;V5 、Ho3 共掺杂时,由于两种掺杂物的共同作用,可进一步提高TiO2的光催化性能。     

(Fe,N)双掺杂MgF2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)平面波超软赝势方法并选择GGA+ PBE相关泛函理论,计算并对比了纯MgF2晶体、Fe掺杂MgF2晶体、N掺杂MgFz晶体和(Fe,N)不同位置双掺杂MgF2晶体的晶体结构、电子结构以及吸收光谱.研究了不同替位掺杂方式对MgF2光催化活性的影响,并在此基础上给出了掺杂后离子之间的协同作用机理.结果表明:Fe和N近邻双掺杂在可见光范围内的光吸收效率较非近邻更强,为(Fe,N)双掺杂调制的较佳方式.     

Fe掺杂对Zn1 xCoxO纳米晶体结构及磁性行为的影响

利用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂Zn1 xCoxO(x=001~002)纳米晶体.通过XRD,TEM和VSM对其结构、晶格参数和磁性进行了表征和分析.所有样品都没有检测到非晶态产物以及Fe,Co团簇等第二相,即Fe掺杂没有改变Zn1 xCoxO晶体的纤锌矿型ZnO结构、晶粒度大小以及室温铁磁性.随着Fe掺杂浓度的提高,饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力等磁性参数都有相应的改善.Fe掺杂还引起了交换偏置,并且,该现象随着Fe掺杂浓度的提高而增强;但是,单原子Fe对饱和磁化强度的贡献低于单原子Co对自发磁化强度的贡献,这表明Fe,Co共掺杂ZnO材料与Co掺杂ZnO材料的磁性机制有所不同.     

CO在（N，Fe）共掺杂锐钛矿TiO2（100）表面吸附的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法PBE＋U,研究了三类（N,Fe）共掺杂锐钛矿相TiO2（100）表面的稳定性及CO在最优掺杂表面的吸附,计算了最优表面不同掺杂位的结合能、吸附能、成键和电子结构．结果表明：CO在清洁TiO2（100）面及（N,Fe）非近邻掺杂表面的吸附较弱,（N,Fe）近邻共掺杂表面的吸附较强．通过吸附能的比较可知,N位吸附的吸附能最低,吸附最稳定,Fe位次之．由态密度可以看出,吸附方式的变化主要源于（N,Fe）表面近邻共掺杂改变了TiO2（100）面电子结构,使吸附位原子与C原子形成新的化学键．