管状氧化锌的碱溶法合成及光催化降解亚甲基蓝的性能

采用一种新颖、简单、环保的方法,在高浓度NaOH溶液中,n(Zn):n(NaOH)=1:30,于92℃下对已合成的棒状ZnO原料进行碱溶反应,获得了管状结构的ZnO．探讨其形成机理,发现材料的不同晶面性质不同,在碱中的溶解情况不同,导致管状结构形成,该法适用于具有类似性质的管状材料的合成．形成管状ZnO后材料的长径比缩小,均匀性增加,荧光发射增强,同时在可见区（400～800nm）出现一定程度的吸收,这些现象说明形成管状结构后ZnO的比表面增加,表面性质发生一定程度的变化,表面及内部的缺陷性质和数目都有所改变．该管状ZnO材料用于光催化降解亚甲基蓝(MB),其降解效率明显增强,经1h光照,MB的降解率由83.1%（棒状ZnO）增加到93.9%（管状ZnO）．     

无镉ZnO缓冲层的柔性CZTSSe太阳电池

针对铜锌锡硫硒（CZTSSe）薄膜太阳电池中CdS缓冲层带隙较小造成光损耗和Cd元素的毒性问题,提出无镉环保型CZTSSe太阳电池,分别采用溅射法和旋涂法来制备ZnO薄膜以替代CdS缓冲层.薄膜形貌表征及器件性能测试表明,相比旋涂法,溅射法制备的ZnO的薄膜质量及其CZTSSe器件性能明显更好,器件的光电转换效率（PCE）从1.0%提升到4.5%.同时,相比于CdS（E_g=2.4 eV）, ZnO具有更大的带隙（E_g=3.3 eV）,去除CdS膜层后,薄膜和器件在蓝光区具有更高的透光率和更好的光吸收.该设计为制备柔性CZTSSe太阳电池提供了一种新策略.     

二苯基氧磷修饰的不对称三嗪主体材料的理论研究

近年来,电致磷光器件因其在全色显示和固体照明领域的潜在应用而备受关注.文中针对电致磷光器件中的主体材料,设计了基于二苯氧磷的一系列三嗪衍生物,并通过密度泛函理论（DFT）对三嗪衍生物进行了系统的量子化学理论研究.研究发现：三嗪核决定了该类材料具有较高的三线态能级（2.84 eV～3.02eV）,而其前沿轨道能级可通过二苯氧磷和咔唑修饰单元数量及其比例来逐级调控,最高占据轨道（HOMO）由咔唑决定,维持在-5.85 eV;而最低未占据轨道（LUMO）受二苯氧磷影响,可以从-1.42 eV降低到-2.33 eV,从而具有独立可调的LUMO能级.综合比较发现,具有两个咔唑和一个二苯氧磷的不对称三嗪（DCzPT）比较适合作为蓝光客体的主体材料,这是因为DCzPT不仅具有高的三线态能级（3.02 eV）和低的LUMO值（-1.74 eV）,而且具有较高的电子和空穴的传输能力.     

新型二维ZnO/InSe纳米复合材料电子结构与光催化性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论方法,系统研究了新型二维ZnO/InSe异质结的电子结构和光催化性能。计算结果表明,二维ZnO/InSe异质结的晶格失配率为3.3%,形成能为-2.43eV,表明异质结的结构稳定。异质结表现为Ⅱ型能带对齐,价带和导带的带偏置分别为0.51和1.34eV,能够有效降低电子和空穴的复合率,提高ZnO/InSe异质结的光催化性能。二维ZnO/InSe异质结是带隙值为2.23eV的直接带隙半导体材料,对应有良好的可见光吸收范围,且光吸收系数高达10⁵ cm^-1,能够进一步提升光吸收效率。此外,异质结的带边位置分别跨过水的氧化还原电位,可用于光解水制备氢气。因此,二维ZnO/InSe异质结是一种有前景的可见光光催化材料。     

高度择优取向单晶氧化锌纳米线的制备与发光特性

采用电场辅助电化学沉积法,在室温下成功的在阳极氧化铝模板（AAO）内制备了高度择优取向的硫掺杂ZnO单晶纳米线。用X射线衍射仪（XRD）、隧道电子显微镜（TEM）及选区电子衍射（SAED）对样品的形貌、结构进行分析表明,所得样品是高择优取向的单晶,纳米线,长约几到几十微米,平均直径约70nm。X射线光电子能谱（XPS）进一步证实掺杂硫原子的存在,并分析其生长机制。用荧光光谱仪（PL）分析了样品的发光特性,发现除了典型的ZnO纳米线荧光光谱外,还有紫光和蓝光发光。     

ZnO中若干p型杂质与氢相互作用行为的理论研究

本文综述了我们对ZnO中几种重要的p型受主杂质与H原子相互作用行为的理论研究结果.我们的研究表明,ZnO中H原子可以通过不同的路径迁移到受主杂质（N,Li和Ag）附近,形成稳定的NO-H,LiZn-H和AgZn-H复合体.我们进一步发现在这些复合体形成的过成中,H原子所需克服的能量势垒几乎不超过0.5eV,但NO-H,LiZn-H和AgZn-H复合体的离解所需要的激活能却分别为1.25-1.48eV,1.10-1.35eV,1.10-1.30eV.这表明ZnO中H原子和p型受主杂质形成的复合体在室温下能稳定存在.此外,我们也介绍了这些复合体的电子结构和振动性质.     

取向ZnO纳米线阵列的生长机理及发光特性

用化学气相沉积法制备了圾向纳米氧化锌（ZnO）阵列；用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察了制备的纳米ZnO的形貌结构;用荧光光谱仪（PL）分析了样品的发光特性；以气-液-固（VLS）生长模型和Ehrlich-Schwoebel势垒理论解释讨论了ZnO纳米线的生长结构与机理。     

S引入ZnO的水热生长及其微观发光特性研究

利用单步水热法制备了纯ZnO和S引入的双棒状ZnO（S-ZnO）孪晶结构,并系统研究了掺杂对ZnO结构、形貌及荧光发光特性的影响。X射线衍射的实验结果表明,在引入S的ZnO样品中没有出现可以检测的新物相,S在样品中主要以杂质的形式存在。荧光光谱数据表明,在低温下纯ZnO样品无可见光发光,但S-ZnO样品出现了较强的绿光发光峰;室温下两个样品均出现了可见光发光：ZnO样品的发光峰位于橙光区（570 nm附近）,而S-ZnO位于绿光区（500 nm附近）。微区阴极荧光谱的数据表明,ZnO样品的橙光发光非常弱,几乎不可探测;S-ZnO样品的绿光发光则很强,要远远超过带边发光。本研究结果为进一步理解S在ZnO中引入的缺陷及其发光机理起到重要的作用,对增强ZnO的可见光发光特性进行了有益的探索。     

纳米ZnO材料的合成及其光催化应用

纳米氧化锌(ZnO)作为一种半导体金属氧化物功能材料,它的诸多特性如荧光性、光催化活性、紫外激光发射、紫外线吸收、光电及压电性等被人们陆续发现并广泛应用于荧光体、高效催化剂、紫外线遮蔽材料、气体传感器、图像记录材料及压电材料等多个领域.ZnO由于其绿色、环保和高效等优点,近年来在环境污染控制方面受到人们的广泛关注.通过合成技术和条件控制纳米ZnO材料的粒径、表面态和形貌等参数可以提高光催化材料的光催化活性和量子产率.本文综述了本课题组对纳米ZnO材料的合成技术及其在光催化领域的应用研究,主要探讨了影响纳米ZnO材料光催化性能的相关参数.     

氧化锌薄膜的光电性能研究

采用溶胶-凝胶法在ITO导电玻璃衬底上制备氧化锌(ZnO)薄膜,研究其结构、光学透过率和电学性能.AFM测试结果表明,ZnO薄膜晶粒尺寸随退火温度的提高而增大.薄膜的光学透过率曲线显示,在大于400nm的波段,ZnO的透过率比较高,而其禁带宽度约为3.25eV.在相同的电压下,ZnO薄膜产生的电流大小随着退火温度的提高,先增强后减弱,在550℃时达到最大.     

片状ZnO纳米材料的制备及光学性能

ZnO是一种重要的金属氧化物无机半导体材料,其禁带宽度为3.37eV.以硫酸锌和硫氰酸钠为原料,以NaOH为沉淀剂,在超声波作用下采用液相直接沉淀法制备出了片状ZnO纳米粉体,反应在常温下进行.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、光致发光(PL)、光催化测试对产物的形貌、微结构和光学性能进行了表征.研究表明,制得的ZnO纳米片粉体材料具有缺陷态光致发光特性,并且有非常好的光催化活性.该制备方法简单、易于实现规模化生产.     

含新型第二配体的发光铕配合物的合成和性能研究

 以二苯甲酰甲烷（DBM）为主配体、新配体2-(2-苯并咪唑基)-8-辛氧基喹啉为第二配体,合成了一种新的Eu(Ⅲ)配合物发光材料,对所得配合物的热性能、光性能和电化学性能进行了研究,结果表明,该配合物具有较高的热稳定性,熔点为235 ℃,起始分解温度为252 ℃。配合物的HOMO轨道能级（E_HOMO）、LUMO轨道能级（E_LUMO）及能隙（E_g）分别为-6.12、3.06和3.06 eV。荧光光谱分析表明,在固态条件下,配体吸收的能量全部转移给Eu(III)离子,配合物的荧光光谱在611 nm处显示一对称的单峰,其半峰宽为4.7 nm。     

纳米ZnO阵列的制备及荧光特性

使用结构简单的恒温管式炉设备,以ZnO及无定形碳粉末为原料,高纯Ar气为载气,在单晶硅和Al2O3基底上,用化学气相沉积技术,在600～1100℃范围内翻备了择优取向的纳米ZnO晶体阵列．用扫描电子显微镜（SEM）和荧光光谱（PL）等方法对ZnO薄膜阵列的结构和性能进行了表征,讨论了生长条件对纳米ZnO晶体阵列性能的影响．     

沉积温度对取向纳米ZnO阵列形貌结构的影响

采用化学气相沉积方法,以ZnO及无定形碳粉末为原料,高纯Ar气为载气,在单晶硅和Al2O3基底上,用化学气相沉积技术,在750—1050℃范围内制备了取向的纳米ZnO晶体阵列．用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和荧光光谱（PL）等方法对ZnO薄膜阵列的结构和性能进行了表征,发现沉积温度对取向ZnO纳米阵列的生长结构和光致发光特性有重要影响,并就生长条件对纳米ZnO晶体阵列性能的影响因素进行了讨论分析．     

碳纤维/ZnO复合材料的制备和性能研究

通过对碳纤维表面进行修饰,利用低温液相沉淀法制备了碳纤维/ZnO复合材料并对其结构、形貌和发光性能进行了研究.结果显示,样品的紫外-可见吸收峰约为376nm,相应的带隙宽度约为3.30eV.由样品的荧光光谱得出,样品除了具有位于384nm的微弱的近带边紫外发光峰之外,还有位于597nm的强的绿光发光带.样品经过退火之后,绿光峰降低.这可能归于ZnO中氧空位的减少.通过对原始样品和经过退火处理样品的荧光光谱的研究得出,样品的绿光发射归于氧空位.     

退火温度对制备ZnO薄膜光电学性质的影响

采用溶胶—凝胶法在ITO玻璃衬底上制备氧化锌（ZnO）薄膜,利用AFM和UV对不同退火温度的ZnO薄膜样品进行分析。经实验的表征结果分析,退火温度为500℃～700℃区间,透射率呈现先上升后下降的趋势,而禁带宽度基本保持不变。通过实验结果对比得出,当退火温度为550℃时,制备出的ZnO薄膜的结晶质量较好,表面较光滑,透射率约为90%,禁带宽度为3.25eV,     

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.     

表面Au改性增强ZnO光阳极性能实验设计

设计了一种新型的半导体光电化学性能实验,该光电化学系统是由ZnO纳米棒阵列光阳极、Pt对电极、饱和甘汞参比电极以及电解液构成.首先,运用水热法在氟掺杂氧化锡（FTO）导电基体材料上生长结构有序的ZnO纳米棒阵列,然后采用光沉积的方法在ZnO纳米棒表面沉积适量纳米Au颗粒得到Au/ZnO纳米棒阵列.通过扫描电子显微镜分析材料的微观形貌,利用紫外-可见光漫反射吸收光谱、光电化学和电化学阻抗谱等方法测试分析ZnO光电极材料的各项性能.证实了通过在ZnO阵列上负载合适浓度的Au颗粒会显著改善其光电响应,降低其界面电荷转移电阻.该实验不仅能培养本科生严谨的科学研究态度,而且能开发其创新潜能,提高其解决复杂工程问题的能力.     

钙钛矿结构材料SrHfO3的电子结构研究

在密度泛函理论框架下首先用局域自旋密度近似（LSDA）方法,研究了具有钙钛矿结构的材料SrHfO3的电子结构,发现Sr显示比较明显的离子特性,Hf和O之间由于杂化形成了共价键.得到该化合物的带隙为1.54 eV,磁矩为零.考虑Hf 5d局域电子之间的在位库仑相互作用（即采用LSDA＋U方法进行计算）后,磁矩依然为零,但态密度分布有明显的改变.计算结果表明,该材料中Hf 5d之间的在位库仑相互作用U为8.0 eV.     

生物膜孔模版中多形态ZnO纳米结构的生长及性能

以天然鸡蛋壳膜为模版,Zn(NO3)2乙醇溶液为溶剂,将鸡蛋壳膜在室温下(T=300 K)经过溶剂浸泡,然后叠放一定层数进行退火处理,生长出ZnO纳米晶体.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光光谱仪分析了ZnO纳米晶体的形态、结构和荧光特性,研究了纳米晶体的生长模式,讨论了叠膜层数对其生长模式和形态的影响.鸡蛋壳膜孔中生长的ZnO纳米晶体为六方纤锌矿结构,纳米晶体的尺寸和形态依赖叠模版的层数.叠放单层模版,模版容易发生卷曲,使其中生长的ZnO颗粒自组装成管状;叠放多层模版,模版之间的相互限制控制了ZnO的生长方向,使ZnO颗粒趋向于聚集成致密的六角形片状形态.ZnO颗粒的尺寸随膜层的增加而减小,各种形态的ZnO纳米晶体都具有强的紫外荧光.