氢化MoS2/石墨烯异质结的第一性原理计算

基于密度泛函理论,研究了二硫化钼/石墨烯(MoS2/Gr)异质结及在异质结表面进行氢化后的结构稳定性、电子性能及光学性质;建立MoS2/Gr异质结结构模型,计算了氢化后的异质结的能带结构、态密度及光吸收系数.研究发现:MoS2/Gr异质结能带的带隙只有0.055 eV,无法用于电子器件;在异质结上表面或在异质结上下表面...     

功能化氮化硼纳米管磁性的理论研究

本文采用密度泛函理论计算研究了氢化/氟化BN纳米管的自发磁化现象.研究结果表明：单个H原子/F原子倾向于吸附在B位,且均能够诱导自发磁化.两个H原子/F原子吸附在B位上时也可以使体系发生自发磁化,而具有磁性的氢化BN纳米管是一种亚稳结构.与此相反,具有磁性的氟化BN纳米管是稳定结构,其磁矩随着覆盖率的增加而增大,其电子学性质与氟原子在BN纳米管表面的覆盖结构有关.因此,具有磁性的氟化BN纳米管比氢化BN纳米管在实验上更容易实现.可以预见,磁性氟化BN纳米管将在自旋电子器件的制作中发挥巨大的应用价值.     

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.     

两类异质结构中光生电荷分离效率与光电性质

首先制备Cu4Bi4S9纳米带与石墨烯不同比例复合体系(CBS-graphene),其中石墨烯质量分数分别为:0.4%,0.8%,1.2%,1.6%,2.0%和2.4%.以α-Fe_2O_3为电子受主,CBS和CBS-graphene为电子施主,制备成α-Fe_2O_3/CBS、α-Fe_2O_3/CBS-graphene两类异质结构及体相异质结太阳能电池.XRD检测结果表明,异质结两组分都达到了良好的结晶状态;而且,两类复合体系都呈现出了复合结构的光吸收特性,但光吸收性质无明显差异.对于CBS-graphene,随着石墨烯含量逐步增加其光伏性质逐渐增强,当石墨烯质量分数为1.6%时达到最佳光伏响应强度,此后其光伏性质逐渐减弱.稳态和电场诱导表面光电压谱表明两类异质结都具有优越的光伏性质,但α-Fe_2O_3/CBS-graphene呈现出明显优于α-Fe_2O_3/CBS的光伏响应.基于石墨烯质量分数为1.6%,α-Fe_2O_3/CBS和α-Fe_2O_3/CBS-graphene两类体相异质结太阳能电池最高光电转换效率分别为3.1%和6.8%.从异质结厚度、能级匹配、石墨烯导电网络以及优越的电子传输特性几个方面,详细讨论了光生电荷分离的影响因素及光生电荷传输动力学.     

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.     

表面修饰双层石墨烯高压拉曼研究

拉曼光谱是表征石墨烯结构和性质的有效方法.高压环境会显著改变双层石墨烯的层间相互作用,进而改变其结构及物理性质.但是高压环境比较复杂,双层石墨烯的拉曼行为受传压介质、衬底、电子掺杂等多重因素的影响,这些因素对高压下双层石墨烯结构及拉曼光谱的影响机制与过程仍有待明确.为此研究了双层石墨烯在金刚石压砧中受到压力时,甲醇、甲醇/乙醇混合、氢气等传压介质对双层石墨烯拉曼光谱的影响,石墨烯悬空于金网衬底和生长于铜镍合金衬底上的不同,以及预先氟化对于拉曼光谱的影响.研究发现以悬空金网为衬底,在预先氟化条件下,氢气等单一传压介质做修饰时有助于双层石墨烯在高压下发生层间sp³杂化,有利于促进少层石墨烯到超薄金刚石薄膜的相变.此研究为高压下构建新型碳结构材料提供了更多有利的指引.     

WS_2/WSe_2异质结层间相互作用的光谱研究

原子级厚度的过渡金属硫化物二维材料具有独特的电子和光学性质,当将其构筑成原子层异质结时,由于层间耦合作用和界面电荷传递,导致产生新的光学性质,在光电器件方面具有重要的潜在应用.利用机械剥离法制备了WS_2/WSe_2异质结,通过变温拉曼光谱和变温光致发光光谱,研究了异质结中的层间相互作用和界面电荷传递.从拉曼光谱和光致发光光谱上观测到了层间声子和层间激子的存在,表明WS_2和WSe_2构成的异质结中存在明显的层间相互作用.由于WS_2和WSe_2形成Ⅱ型能带排列,电子从WSe_2向WS_2转移,显著影响带电激子和中性激子发光强度.     

C／BNxC2（1—x）、BN／NBxC2（1—x）和C／BN异质结价带偏移

彩和原子集团展开和平均键能相结合的方法，研究了宽带隙高温半导体，合金型应变层异质界面C／BNxC2(1-x)、BN/NBxC2(1-x)和生长在BN/NBxC2(1-x)合金衬底上的C／BN应变层异质结的价带偏移△Ev。结果表明：C／BNxC2(1-x)和BN/NBxC2(1-x)的△Ev随x的变化是非线性的，而应变层C／BN的△Ev随x的变化是接近于线性；三种异质结的△Ev值随x的变化关系决定于异质界面两侧带阶参数Emv随x的变化规律。     

具有可调谐电子性能的AlAs/CdS异质结的第一性原理计算

本文采用基于密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)的第一性原理计算了AlAs/CdS异质结的几何结构、电子和光学性质.结果显示, AlAs/CdS异质结是具有0.688 eV直接带隙的Ⅱ型范德华(vdW)异质结,这有利于促进光生电子-空穴对的有效分离.当给异质结施加电场和应变时,异质结的带隙均可以调控为零,成功实现半导体到金属的转变,同时还伴随直接带隙-间接带隙的改变.更有趣的是,与两个单层相比, AlAs/CdS异质结的光吸收系数更高,吸收范围更加宽泛.上述特性表明AlAs/CdS异质结在光电探测器等光电子器件领域具有极大潜力.     

异质结光生电荷分离机制与光电性质研究

将不同质量分数还原氧化石墨烯(RGO)与Cu_4Bi_4S_9(CBS)纳米带复合,制备成不同比例复合体系(CBS-RGO).以ZnO纳米线为电子受主,CBS或CBS-RGO为电子施主,详细研究了ZnO/CBS、ZnO/CBS-RGO两类异质结构及对应体相异质结太阳能电池的光电性质.随着RGO含量逐步增加,CBS-RGO对应稳态光伏性质逐渐增强,当RGO达到1.6%时,CBS-RGO具有最佳光伏响应强度,随后其光伏性质逐渐减弱.此外,ZnO/CBS-RGO呈现出了优于ZnO/CBS的光伏响应特性.在相同正外电场作用下,ZnO/CBS-RGO同样具有明显优于ZnO/CBS的光电性质;逐步提高外电场,ZnO/CBS-RGO光伏响应增加更为显著.基于1.6%RGO,ZnO/CBS、ZnO/CBS-RGO两类体相异质结太阳能电池最高光电转换效率分别为1.5%和3.6%.从异质结厚度、能级匹配、CBS与RGO接触界面、RGO导电网络及其优越的电子传输特性几个方面,分析了体相异质结构中光生电荷分离的机制以及多通道协同传输对光电性质的作用.     

不同堆叠结构石墨烯对C_2H_6O的吸附机制研究

为了研究石墨烯气敏传感器对C_2H_6O的吸附机制,建立了2种不同堆叠结构石墨烯纳米条带:单层扶手椅型石墨烯纳米条带(MAGNRs)和由扶手椅型石墨烯纳米条带(AGNRs)与锯齿形石墨烯纳米条带(ZGNRs)拼接形成的石墨烯纳米条带(AGNRs-ZGNRs)。将C_2H_6O分别吸附在MAGNRs及AGNRs-ZGNRs结构的表面,采用密度泛函理论第一性原理方法,通过计算吸附能、电荷转移和灵敏度,对不同堆叠结构石墨烯及3种含氧官能团(羟基,环氧基,羧基)修饰结构对C_2H_6O的吸附性能进行理论分析和实验验证。结果表明:纯AGNRs-ZGNRs结构对C_2H_6O的吸附能和电荷转移的绝对值比纯MGANRs结构的大,吸附距离也小,说明纯AGNRs-ZGNRs结构对C_2H_6O的吸附性能更好;含氧官能团的修饰使得MAGNRs结构与纯MAGNRs结构相比对C_2H_6O的吸附性能显著提升,其中羟基的修饰效果最好;含氧官能团的修饰使得AGNRs-ZGNRs结构与纯AGNRs-ZGNRs结构相比对C_2H_6O的吸附能变化甚微,不仅没有提高对C_2H_6O的吸附性能,反而有所降低。综合比较,采用羟基修饰的MAGNRs结构,吸附能的绝对值最大,为-1.12eV,吸附距离最小,为0.328nm,该结构更有利于实现对C_2H_6O的检测。     

石墨烯修饰金电极的制备及其同时测定多巴胺和尿酸

将Hummers法合成的新鲜石墨烯滴涂于金电极表面,制备了石墨烯修饰金电极（Gr/AuE）。用循环伏安法研究了Gr/AuE的电化学性能,及多巴胺和尿酸在该修饰电极上的电化学行为。结果表明：该修饰电极对多巴胺和尿酸都有电催化氧化作用且能在抗坏血酸存在条件下同时测定多巴胺和尿酸。在抗坏血酸存在下差分脉冲伏安法（DPV）氧化峰电流与多巴胺和尿酸的浓度分别在1.0～1000μmol/L和30～1000μmol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限分别为0.67μmol/L和6.0μmol/L.     

ZnO不同微结构/ZnFe_2O_4复合薄膜光生电荷热动力学与光电性质研究

采用不同方法分别制备出ZnO纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米管4种微结构,以ZnFe2O4为无机染料敏化剂在ITO透明导电玻璃上制备成ZnO不同微结构/ZnFe2O4异质结.XRD检测结果表明,所有复合结构中两种组分都达到了良好的结晶状态;而且,各复合薄膜体系都呈现出了异质结复合结构的光吸收特性,但光吸收性质差异不明显.稳态表面光电压谱测试结果表明,各异质结构都呈现出优于单一组分的光伏响应特性;而且,4种异质结构光伏性质呈现出:ZnO纳米管/ZnFe2O4ZnO纳米棒/ZnFe2O4ZnO纳米线/ZnFe2O4ZnO纳米颗粒/ZnFe2O4的特点.在较弱正外电场诱导下,复合薄膜仍然保持稳态下的光伏响应特性;随着外电场逐步提高,ZnO纳米颗粒/ZnFe2O4光伏性质增加非常明显,在+2V电压诱导下,ZnO纳米颗粒/ZnFe2O4已接近ZnO纳米管/ZnFe2O4的光伏响应强度,并明显高于另外两种异质结构的光伏性质.从光阳极微结构、自由电荷扩散长度、空间电荷区厚度、载流子参数、内建电场和能级匹配几个方面,详细讨论了ZnO/ZnFe2O4异质结中光生电荷分离的影响因素以及光生电荷传输机制.     

石墨烯化学修饰电极在电分析化学中的应用

目的石墨烯是具有单层二维六边形晶格结构的碳材料,由于独特的电子结构和物理化学性质而广泛应用于电分析化学领域,本文旨在总结其在近几年的应用研究新进展,为分析工作者提供修饰方法借鉴。方法参考国内外相关文献,简要概述石墨烯化学修饰电极研究的最新进展。结果对2014-2017年1月间,国内外有关石墨烯及其复合物在电分析化学领域中的研究情况,从基于石墨烯的修饰电极和基于石墨烯复合物的修饰电极两方面进行了综述分析,并指出了石墨烯复合物的催化机理及协同作用的相关研究有待深入。结论对于分析工作者特别是电分析工作者而言,本文为开展石墨烯在电化学方面的应用及其相关研究,提供了较为系统而全面的参考。     

半导体球形异质结中界面光学声子及电声相互作用

在介电连续模型下,运用传递矩阵的方法研究多层球形异质结中的界面光学声子,得出了多层球形异质结中的界面光学声子的本征模解、色散关系和电子与界面光学声子相互作用的哈密顿.对5层球形异质结CdS/HgS/CdS/HgS/H2O中的界面声子的色散关系和电声相互作用的耦合强度进行了数值计算,结果发现在5层球形异质结中,存在着7支光学界面声子,但仅有一支界面声子对电声相互作用的耦合强度具有重要的影响.     

g-C3N4/Ag2O复合光催化剂的制备及其近红外光催化性能

通过简易化学合成法制备了g-C3 N4/Ag2 O p-n异质结复合光催化剂,利用XRD、XPS、SEM、TEM、DRS等对所制复合材料的物相结构、微观形貌及光学性质进行表征,借助近红外光下催化降解罗丹明B(RhB)试验评价其光催化活性,重点探讨了g-C3 N4/Ag2 O p-n异质结复合材料的光催化降解机理.结果表...     

硼化氮-石墨烯杂化单原子层电学性质的第一原理

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究二维六方硼化氮片（h-BN） 石墨烯杂化单原子层的电学性质. 结果表明: 三角形h-BN嵌入石墨烯中或三角形石墨烯片嵌入二维h-BN中均会在能带结构导带和价带中间引入带间态, 带间态的形态与杂化方式有关; 半导体性与导体性质可相互转变, 即该杂化结构的电子结构可通过不同杂化形式调制.     

二硫化钼-硅异质结太阳电池的原位制备及器件模拟

 二维材料与晶体硅形成的异质结太阳电池是当前太阳电池研究热点之一,大多数研究都集中在石墨烯和硅形成的肖特基结太阳电池。为改善器件的能带结构,本研究采用具有一定禁带宽度的n-MoS₂二维半导体材料与p-Si 形成异质结太阳电池。通过实验研究了退火时间对MoS₂材料合成的影响,并对MoS₂-Si异质结的暗电流和光电流曲线进行测量和分析。通过异质结模拟软件wx-AMPS对MoS₂-Si异质结结构进行效率计算和能带分析,探讨了薄膜厚度和载流子浓度对器件开路电压的影响。     

异质结表/界面修饰对杂化太阳电池性能的优化

为了增进无机半导体和有机聚合物半导体之间的相容性,优化电池的光电性能,基于一维无机TiO2纳米棒有序阵列和有机聚合物PCPDTBT,构建了一种结构为TiO2/PCPDTBT的杂化太阳电池。用一种有机三苯胺类两亲分子来调控此无机、有机材料的两相表/界面性质。采用SEM,TEM,XRD,EDS,UV-vis,PL等方法对杂化膜电极进行表征。电池性能测试表明,表/界面修饰后太阳电池的性能得到提高,电池效率η为0.81%;开路电压衰减测试表明,异质结表/界面经修饰后,杂化太阳电池的电子寿命有所提高。因此,通过异质结表/界面修饰改善活性层的形貌结构对电池性能有重要影响。     

Ti_3AC_2/Zr(A=Si,Al)范德华异质结材料的几何结构、电子结构和弹性性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法,系统地研究了Ti_3AC_2/Zr(A=Si,Al)范德华异质结材料的电子结构和弹性性质.根据能带结构,电子态密度和Mulliken布局分布情况,分析了Ti_3AC_2/Zr(A=Si,Al)的电子性质和价键性质.采用广义梯度近似(GGA)计算方法,计算分析了Ti3SiC2/Zr和Ti3AlC2/Zr两种异质结材料的弹性性质和力学稳定性.研究结果表明,Ti3SiC2/Zr和Ti3AlC2/Zr具有较大的各向异性和较好的力学稳定性.且在相同应力的作用下,Ti_3AC_2/Zr(A=Si,Al)范德华异质结材料的形变小于MAX相材料Ti_3AC_2(A=Si,Al)的形变,但大于Zr金属的形变.