Hf掺杂锐钛矿TiO2电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对Hf掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构进行了第一性原理研究。对通过对能带和电子态密度的分析,发现在Hf掺杂后,导带底和价带顶同时降低,但是由于价带顶下降的比导带底多,从而使得锐钛矿型TiO2的禁带宽度变窄。     

Mo—C补偿掺杂TiO2的电子结构和光学性质研究∗

利用第一性原理, 研究Mo—C补偿掺杂TiO₂的电子结构和光学性质。本文构建了三种不等价的Mo—C补偿共掺体系,补偿共掺后体系出现了三条带隙态,其带隙态主要由C-2p轨道和Mo-d轨道耦合而成,由于这些带隙态的存在,有效带隙约变窄了0.69 eV 和 0.90 eV。Mo原子提供了足够的电子用于补偿,带隙中产生的带隙态将完全被电子占据,消除了C单掺杂时存在的缺点,同时Mo单掺杂时出现的对CBM的扰动也完全消失,保证了Mo—C共掺杂体系的带边仍然跨过水的氧化还原势。最后,对纯TiO₂和Mo—C补偿共掺TiO₂的光学性质进行了计算,结果显示Mo—C补偿共掺TiO₂的光学吸收边都延展到可见光区域。     

锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波超软赝势方法计算了锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质,并从理论上分析了它们之间的关系.利用精确计算的能带结构和态密度分析了电子带间跃迁占主导地位的锐钛矿相TiO2的介电函数、复折射率、反射率和吸收系数,理论计算得到的结果与实验测量结果基本一致.结果表明锐钛矿相TiO2在E//c和E上c两个极化方向上具有明显的光学各向异性,为锐钛矿相TiO2的应用提供了理论依据.     

锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波超软赝势方法计算了锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质,并从理论上分析了它们之间的关系.利用精确计算的能带结构和态密度分析了电子带间跃迁占主导地位的锐钛矿相TiO2的介电函数、复折射率、反射率和吸收系数,理论计算得到的结果与实验测量结果基本一致.结果表明锐钛矿相TiO2在E//c和E上c两个极化方向上具有明显的光学各向异性,为锐钛矿相TiO2的应用提供了理论依据.     

La掺杂ZnS的电子结构与稳定性的研究

采用第一性原理赝势平面波方法研究了La掺杂ZnS体系的电子结构与稳定性。通过对掺杂前后各模型的形成热、结合能、能带结构、态密度、Mulliken电荷和键重叠聚居数的计算与分析,结果表明:La置换ZnS中的Zn是许可的,且能够稳定存在;La原子较Zn原子具有较强的失电子能力,La原子的掺入,对ZnS体系具有共价键与离子键的共同作用;导致体系能带结构发生明显变化,禁带宽度变小,系统发生Mott转变,从半导体变为金属;原子半径较大的La原子致使其周围的电子分布表现出一定的各向异性。     

锐钛矿型TiO_2薄膜的低温制备及其光催化性能研究

采用改进的sol-gel法及浸渍–提拉工艺在低温条件下制备了纳米TiO2薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)及紫外–可见光光谱仪(UV-Vis)对所制TiO2薄膜的物相结构、表面形貌以及光吸收特性进行了表征,并利用紫外光照降解亚甲基蓝溶液的方法考察了TiO2薄膜的光催化活性。结果表明:低温制备的纳米TiO2薄膜为锐钛矿结构,表面均匀致密,且对紫外光表现出较强的吸收特性。在紫外光照射48 h后,该TiO2薄膜对亚甲基蓝溶液的降解率为67.4%。     

锐钛型掺铁TiO2可见光催化降解苯胺的研究

为了研究掺铁TiO2对苯胺的光催化降解效果,以硫酸钛为原料采用水热法制备了锐钛型掺铁TiO2粉末,确定了它在可见光照射下对苯胺溶液的催化降解工艺条件.结果表明,在如下最佳条件下:苯胺初始质量浓度(ρ0)为50 mg/L,溶液pH=7,掺铁0.2％(摩尔分数)的锐钛型TiO2的质量浓度为1.0 g/L,室温(17℃)下可见光照射反应1h,苯胺的降解率达到71.46％.     

直流反应磁控溅射法制备锐钛矿TiO2薄膜

采用直流反应磁控溅射的方法，溅射高纯钛靶在玻璃衬底上制备了TiO2薄膜。用XRD测试了TiO2薄膜的结构，研究了工艺因素中衬底温度、溅射气压、氧氩气体流量比和退火温度对薄膜结构的影响。实验结果表明：衬底温度高于200℃、溅射气压不高于0．7Pa、氧氩流量比为1／4、退火温度为650℃时，锐钛矿TiO2薄膜更容易结晶。     

从水溶液中沉积光催化活性 TiO2 薄膜

将基质玻璃片浸渍在含配合物 TiF2- 6 F-离子捕获剂 H3BO3 及加有结晶诱导剂 TiO2 纳米晶的过饱和水溶 液中 在基质上沉积 TiO2 薄膜. 在沉积温度 35C 和 TiF2- 6 水溶液的浓度为 0. 1mOl- L-1及反应物 TiF2- 6 和 H3BO3 的摩尔比为 1= 2~ 4 的条件下 能得到透明锐钛矿型 TiO2 的薄膜. 膜的厚度随沉积时间的延长而增加 当沉积时 间为 9h 时 膜厚约为 260nm. 用 AFM 观察 TiO2 薄膜的形貌 其表面都较均匀平滑. 由 FTIR 光谱图看出 在 35C 下沉积的 TiO2 膜已与玻璃片间形成了 Ti O Si 键. 通过亚甲兰的光催化降解 评价经不同温度热处理后 TiO2 薄膜的光催化活性 结果表明 经 300C 热处理的 TiO2 薄膜具有最高的光催化活性 其活性相当于 35C 下沉积所 得 TiO2 薄膜的 5 倍     

稀土元素Er掺杂AlN的压电性能

采用第一性原理密度泛函理论法研究了纤锌矿结构AlN中掺杂不同含量Er后的晶体结构和压电性能。计算结果表明,随着掺杂Er原子数比x由0增加到25%,ErxAl1-xN晶体的晶胞参数、晶胞体积和键长显著增大,压电性能得到提升。当x=25%时,ErxAl1-xN体系的压电常数d33为8.67 pC/N,比纯AlN提高了795%,为未来AlN压电薄膜材料研究领域提供了更多可选材料。     

超声喷雾热解法制备 TiO2 薄膜

成功地利用超声喷雾热解法在玻璃衬底上制备了TiO2薄膜。Ti（SO4）2作为钛源,甲醇作为溶剂。利用超声波的雾化作用将反应物形成细小的雾滴,并喷射到预热的玻璃衬底上分解而形成稳定的TiO2薄膜。为获得致密均匀的薄膜,优化了反应物浓度、温度、沉积时间等参数。利用X射线衍射与原子力显微镜表征了薄膜的晶体结构与表面形貌。X射线结果表明薄膜为多晶锐钛矿结构TiO2薄膜,并在（101）方向呈现出择优趋势。     

First principles study of the electronic structure and photovoltaic properties of β-CuGaO2 with MBJ + U approach

Based on the density functional theory, the energy band and electronic structure of β-CuGaO₂ are calculated by the modified Becke-Johnson plus an on-site Coulomb U (MBJ + U) approach in this paper. The calculated results show that the band gap value of β-CuGaO₂ obtained by the MBJ + U approach is close to the experimental value. The calculated results of electronic structure indicate that the main properties of the material are determined by the bond between Cu-3d and O-2p energy levels near the valence band of β-CuGaO₂, while a weak anti-bond combination is formed mainly by the O-2p energy level and Ga-4s energy level near the bottom of the conduction band of β-CuGaO₂. The β-CuGaO₂ thin film is predicted to hold excellent photovoltaic performance by analysis of the spectroscopic limited maximum efficiency (SLME) method. At the same time, the calculated maximum photoelectric conversion efficiency of the ideal CuGaO₂ solar cell is 32.4%. Relevant conclusions can expand β-CuGaO₂ photovoltaic applications.     

二氧化钛掺杂系统的电子结构和光学性质的研究

采用总能量平面波赝势方法研究了Sc掺杂、含氧空位、氧空位与Sc掺杂共存时的锐钛矿TiO2系统的电子结构和光学性质。结果表明,Sc掺杂对系统的主要贡献在价带区,在可见光区有明显的光吸收;氧空位可以使系统发生莫特相变,系统在可见光区也有较强的吸收;氧空位与Sc掺杂共存时系统在可见光区的吸收相干加强。     

水热法制备TiO2纳米晶薄膜的光电性能研究

利用水热法制备了纳米TiO2粉体,分别利用该粉体和经过氢氧化钠溶液水热处理后的粉体涂覆在导电玻璃上制备成薄膜,然后组装为染料敏化太阳能电池.利用XRD和SEM对该薄膜进行表征,并用I-V测试仪对电池的光电性能进行研究.结果表明:未经处理的粉体制备的薄膜粒径小,分布均匀,为纯锐钛矿晶型,组装的电池光电转化效率为4.09%...     

空位缺陷金红石型TiO2电子结构和光学性质的理论研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理模守恒赝势 方法,对纯金红石型TiO₂和Ti、O两种空位缺 陷相的几何结构、能带结构、态密度(DOS)以及光学性质进行了 系统地对比研究。结果发现,含有空 位缺陷的TiO₂键长增大,原子布局值减小并出现微弱的磁性;空位缺陷导致导带变窄,导 带和价带 都向低能级方向移动,由空位原子贡献的载流子增强了体系的电导率,费米能级上移进入导 带;与 纯金红石型TiO₂的直接带隙宽度(3.0eV)相比较,Ti空位缺陷相转 变为P型半导体且直接带隙为1.816 eV,而O空位缺陷相转变为n型半导体且间接带隙为1.961eV。同时, 两种空位缺陷结构的介电峰显 著红移,折射率有明显变化,对可见光区的吸收系数均比纯TiO₂高。与O空位结构相比,Ti 空位结构的 介电常数、折射率、消光因子和对可见光的吸收强度更大,更能增强电子在低能端的光学跃 迁,具有更佳的可见光催化性能。     

退火时间对TiO2薄膜光学性能的影响

研究退火时间对薄膜相结构、形貌及光学性能的影响。采用射频磁控溅射法在单晶硅片和石英玻璃片上负载TiO2薄膜,通过X-射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和紫外可见光谱(UV-Vis)对其进行表征。结果表明,在相同的退火温度下,与退火0.5 h相比,退火1 h的薄膜中锐钛矿相TiO2减少,金红石相TiO2增多,对可见光透射率有所减小,1 000℃以上退火时,透射率减小更明显。与退火1 h相比,退火0.5 h薄膜晶粒较小,明显呈纳米团簇状,薄膜表面粗糙度增大。