B掺杂对金刚石热导率的影响

金属基金刚石复合材料因其高导热率和低热膨胀系数而备受关注,掺B被广泛应用于改性金刚石表面。因此,有必要深入探究B掺杂对金刚石导热特性的影响。通过第一性原理计算,系统研究了金刚石掺杂B后的多项关键性质,包括电子特性、晶格振动、热力学性能、晶格热导率、声子群速度、声子自由程和声子寿命等。结果显示,当B掺杂浓度为12.5%(如无特别说明,均为原子分数)时,金刚石的热传输特性发生显著改变,最大晶格热导率降至452 W·m^(-1)·K^(-1)。其主要原因是引入B原子后,形成的C-B化合键为弱极性,导致金刚石的晶格振动不协调,晶格振动的简并现象消失,这意味着金刚石晶体的动力学稳定性被破坏。同时,掺杂B导致金刚石内部声子自由程由10^(4)nm降低为10^(2)nm,声子寿命由80 ps缩短为6 ps。本研究揭示了掺杂B原子对金刚石导热特性的影响机制,可为材料设计和应用提供有益的理论指导。

B掺杂多孔碳纳米片的制备及其储锂性能

负极材料是影响锂离子电池(LIBs)性能的关键因素之一,孔隙结构调控和杂原子掺杂是提高负极材料电化学性能的有效手段。以褐煤为前体,采用化学氧化法制备煤基碳纳米片(CS),再以氧化硼(B_(2)O_(3))为添加剂,得到B掺杂多孔碳纳米片(BPCS);采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸附仪、X射线光电子能谱(XPS)等手段对CS和BPCS微观结构和用作锂离子电池负极材料的电化学性能表征与测试。结果表明,B_(2)O_(3)具有模板、造孔、掺杂三重作用,当B_(2)O_(3)用量为0.5g时,BPCS-0.5呈现三维多孔结构,比表面积为1216.20m^(2)/g,总孔容1.027cm^(3)/g,B原子含量为4.20%;BPCS-0.5的多孔结构为离子的存储和传输提供足够的空间和通道,B元素的引入增加了BPCS的表面化学活性,从而增强了储锂性能。BPCS-0.5用作锂离子电池负极材料时,在0.05A/g电流密度下首次可逆容量达826mA·h/g,且在5A/g大电流密度下可逆容量仍有143mA·h/g,循环500次的容量保持率为172%,表明该材料具有较高的储锂容量和优异的循环寿命。

空位和B掺杂对Si在石墨烯上吸附的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算了空位和B替位掺杂对Si在石墨烯上吸附的影响.结果表明:对完整的石墨烯结构,Si吸附在桥位最稳定,Si吸附改变了石墨烯中C原子的自旋性质;空位和B替位掺杂均加强了Si在缺陷处的吸附,空位对Si在石墨烯上吸附的影响相对较大;B掺杂改变了Si的稳定吸附位置(由桥位移到顶位);Si在空位和B掺杂石墨烯上吸附,体系不具有磁性;B掺杂提高了石墨烯体系的导电性能;单空位缺陷不易形成,结构不稳定,B掺杂结构相对较稳定.

B掺杂对平面结构MOCVD-ZnO薄膜性能的影响(英文)

本文研究了B2H6掺杂流量（B掺杂）对平面结构MOCVD—ZnO薄膜的微观结构和光电性能影响。XRD、SEM和AFM测试的研究结果表明，玻璃衬底上制备的ZnO薄膜具有（002）峰择优取向的平面结构，B掺杂使薄膜的球状晶粒尺寸变小，10sccm流量时晶粒尺寸为-15nm。ZnO：B薄膜的最小电阻率为5．7× 10^-3 Ω · cm。生长的ZnO薄膜（厚度d=1150nm）在400-900nm范围的透过率为82％-97％，且随着BzH6掺杂流量增大，光学吸收边呈现蓝移（即光学带隙t展宽）现象。

B掺杂Si_(80)Ge_(20)合金的快速制备及热电性能

采用电弧熔炼、快速球磨结合放电等离子烧结快速制备了单相Si80Ge20Bx(x=0.5、1、1.5、2)热电材料,对烧结后试样进行了物相结构分析和热电性能表征。结果表明,B的引入导致样品载流子浓度增加,电导率随着B掺量增加而大幅增加,而Seebeck系数反之下降。B的固溶增加试样中点缺陷浓度而导致声子散射增加,热导率下降明显。当x=1时,样品在1000K获得最大ZT值0.78。

B掺杂MoVTeNb催化剂一步氧化丙烯制丙烯酸工艺研究

以B掺杂Mo-V-Te-Nb-O复合金属氧化物作为催化剂,研究了丙烯一步氧化制备丙烯酸的反应过程。考察了反应温度、丙烯空速、氧烯比以及水蒸气含量等因素对丙烯转化率和丙烯酸选择性的影响。结果表明,掺杂B能显著提高丙烯转化率;升高温度可以显著提高丙烯转化率,但对丙烯酸的选择性不利;高空速时丙烯转化率较低,但液相产物的选择性较高;而氧烯比过高或过低都不利于反应的进行;水含量增加可持续降低丙烯转化率、提高丙烯酸选择性,但对丙烯酸收率影响不大。在反应温度400℃,丙烯空速2.5 mL/(g·min),氧烯比1.5,水/丙烯(摩尔比)为1的条件下,反应具有较高的转化率(83.6%)和选择性(73.1%),丙烯酸收率为61.1%。

B掺杂SrTiO_3电子结构的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势法,对未掺杂、B替位Sr、B替位Ti、B替位O和B间隙掺杂SrTiO_3的晶格参数、Mulliken电荷布居、能带结构、态密度和光吸收系数进行计算。结果表明:B替位Sr和B替位Ti掺杂对SrTiO_3电子结构和光学性质的影响不显著;B替位O掺杂则在SrTiO_3的禁带中引入3条杂质能级,杂质能级上的电子可以吸收能量较小的光子跃迁至导带,光吸收强度从可见光长波段550nm开始逐渐增加,光谱吸收边红移;B以间隙原子的形式掺杂时,SrTiO_3的禁带宽度大幅增大,电子跃迁能增加,光谱吸收边蓝移。

B掺杂CVD金刚石厚膜的应力研究

在HFCVD系统中采用B2O3作为掺杂源制备了B掺杂CVD金刚石厚膜,利用X-射线衍射仪研究了B掺杂对CVD金刚石厚膜应力的影响。结果显示,B元素的掺杂改变了金刚石膜的成分和结构,膜中非晶态碳含量随着掺杂浓度的增加而增加。在低掺杂时CVD金刚石厚膜成核面上的应力状态为压应力,在高掺杂时应力状态为张应力,张应力值随着掺杂浓度的增加而增加。掺杂CVD金刚石厚膜生长面的应力为张应力,在高掺杂时的张应力值较高。

B掺杂BaTiO_3的电子结构和磁性的第一性原理研究

利用基于第一性原理的自旋极化密度泛函理论计算了B掺杂BaTiO3的稳定性、电子结构和磁学性质。结果表明B掺杂BaTiO3体系稳定,并表现为铁磁性。B替位掺杂BaTiO3体系的磁性机制可归结为部分B2p电子的自旋极化和B2p/O2p与Ti3d电子的p-d耦合作用,B间隙掺杂BaTiO3体系中磁性源于未配对Ti3d电子的自旋极化。

B掺杂Sr_2MgSi_2O_7电子结构的理论计算

利用基于密度泛函理论的超软赝势方法(PWP),结合局域密度近似(LDA)计算替位式掺杂B的Sr2MgSi2O7的电子结构。预测了B掺杂Sr2MgSi2O7的晶胞参数;对引入杂质前后电子结构的异同以及价键的性质进行了对比分析,结果表明杂质引入后,B所带正电荷为0.89,B—O键键长为1.494 8,B—O键表现出共价键性质,能带结构中出现了新的定域能级,态密度出现了新峰,说明B掺杂可以延长余辉时间。

MPCVD生长B掺杂金刚石膜的二次电子发射研究(英文)

研究了B掺杂金刚石膜的负电子亲和势(NEA)的行为。对于B_2H_6/CH_4为10 mg/L和2 mg/L的样品,一次电子能量为1 keV时最大二次电子发射系数(SEE)分别达到18.3和10.9。值得注意的是,这两个样品在测试前已在大气中搁置了几个星期,并且测量前未经过任何处理。如此高的SEE表明,样品在大气中暴露后NEA效应仍得到了保留。另外,10 mg/L B_2H_6/CH_4掺杂样品在酸溶液中处理后NEA消失,SEE较低,而在真空中加热后NEA明显恢复,SEE在1 kV时达到10.2。

基于第一性原理计算的B掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,对B掺杂锐钛矿相TiO2的晶胞参数、B—O键长、电荷布居、能带结构、电子态密度及吸收光谱进行了计算。结果表明,B掺杂使TiO2晶格发生畸变,晶胞体积略有减小;B掺杂后TiO2的禁带宽度仅减小0.02eV,且在其价带底引入了掺杂能级;B掺杂可促进TiO2在紫外光区和可见光区的光吸收。

B掺杂TiO_2纳米管的制备及光催化性能研究

采用水热法合成锐钛矿型B掺杂的TiO_2纳米粉,并进一步制得B/TiO_2纳米管,采用XRD、TEM、SEM、EDS、FTIR、UV-Vis、BET及PL等对B/TiO_2纳米管进行表征,并研究了其对罗丹明B的光催化降解性能。结果表明,B/TiO_2纳米管的比表面积较大且达到267m^2·g^(-1),平均孔径为4.85nm,长度为200~500nm,分散能力好,光催化活性高;B/TiO_2纳米管对罗丹明B的光催化性能明显优于TiO_2纳米管。

溶剂热合成法制备B掺杂TiO_2光催化剂

采用溶剂热合成法制备B-TiO2,研究了B掺杂量对TiO2光催化剂物化性质和光催化降解甲基橙活性的影响。实验结果表明,B-TiO2样品均为四方晶系锐钛矿型结构,掺杂B后引起TiO2晶粒尺寸减小和颗粒细化,比表面积随B含量增加而逐渐增大。B离子主要进入TiO2晶格占据O的位置形成O-Ti-B结构,B-TiO2的晶胞体积比纯TiO2有所减小,孔径大小和孔容积略有增大。B-TiO2的光催化活性普遍优于TiO2,吸附性能随B掺杂量的增加而逐渐下降,3%B掺杂的TiO2具有最佳的光催化活性。

B掺杂尖晶石型LiMn2O4正极材料的制备及长循环电化学性能

采用固相燃烧法制备了单晶多面体尖晶石型LiMn1.94B0.06O4正极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及充放电测试等手段,对其晶体结构和电化学性能等进行了表征。结果表明,B掺杂没有改变尖晶石型LiMn2O4的晶体结构,促进了(440)和(400)晶面的优先生长,形成了高暴露的(111)晶面及少部分(110)和(100)晶面的单晶多面体LiMn1.94B0.06O4晶粒,减少了Mn的溶解和提供了更多的锂离子扩散通道,其晶粒尺寸在160~350 nm之间。在10C、25℃的条件下,LiMn1.94B0.06O4电极的首次放电比容量可达到103.0 mAh·g^-1,2000次循环后,表现出较好的容量保持率(57.7%);在15C高倍率下,LiMn1.94B0.06O4仍然保持了67.1 mAh·g^-1的首次放电比容量,1500次循环后,仍能维持46.2%的容量保持率;在1C、55℃的条件下,其初始放电比容量高达125.2 mAh·g^-1,表现出良好的高温性能。B掺杂能够有效提高尖晶石型LiMn2O4的高倍率性能和循环寿命,稳定晶体结构,抑制Jahn‑Teller效应和缓解Mn的溶解。

N/B掺杂石墨烯的光学与电学性质

石墨烯因其独特的化学成键结构而拥有出色的化学、热学、机械、电学、光学特性.由于石墨烯为零带隙材料,限制了其在纳电子学领域的发展.因此,为了拓宽石墨烯的应用范围,研究打开石墨烯带隙的方法显得尤为重要.本文构建了本征石墨烯、N掺杂石墨烯、B掺杂石墨烯三种模型,研究了本征石墨烯和不同掺杂浓度下的N/B掺杂石墨烯的能带结构、电子态密度及光学与电学性质,包括吸收谱、反射谱、折射率、电导率和介电函数等.研究结果显示:1)本征石墨烯费米能级附近的电子态主要是由C-2p轨道形成,而N/B掺杂石墨烯费米能级附近的电子态主要是由C-2p和N-2p/B-2p轨道杂化形成;2)N/B掺杂可以引起石墨烯费米能级、光学与电学性质的改变,且使狄拉克锥消失,进而打开石墨烯带隙;3)N/B掺杂可以引起石墨烯光学和电学性质的变化,且对吸收谱、反射谱、折射率、介电函数影响较大,而对电导率影响较小.本文的结论可为石墨烯在光电子器件中的应用提供理论依据.

B掺杂对负载型TiO2光催化剂脱硝性能的影响

采用超声辅助溶胶-凝胶法制备活化半焦负载B掺杂TiO_2光催化剂,即B-TiO_2/ASC。在相同实验条件下,分别在紫外和可见光下研究其对模拟烟气的光催化氧化脱硝性能。结果表明,在紫外和可见光下,B掺杂光催化剂的活性得到提高,在可见光下的活性增加更加显著,反应180 min后仍可保持80%以上的脱硝率。结合XRD和FT-IR分析,可以看出B以取代掺杂的方式存在于TiO_2中并且导致TiO_2表面缺陷。表面缺陷有助于光生载流子的分离,从而延长光生电子的寿命并增加参与光催化反应的光生电子数量,从而产生更多的羟基自由基氧化NO,最终提高光催化脱硝率。

B掺杂量对LPCVD生长大面积ZnO透明导电薄膜性能的影响

采用低压化学气相沉积（LPCVD）技术在大面积的玻璃衬底上制备了B掺杂ZnO（BZO）透明导电薄膜,研究了不同B2H6掺杂量对BZO薄膜微观形貌、导电能力及其均匀性、透光率等性能的影响。结果表明,所制备的BZO薄膜表面具有自生长的绒面结构;B2H6掺杂量由30 sccm增加到60 sccm,BZO薄膜的方阻由28.6Ω/□减小到14.1Ω/□,导电能力显著增强同时方阻均匀性也明显提升;BZO薄膜在长波区的透光率随B2H6掺杂量的增加而明显降低,综合透光率结果,最佳B2H6掺杂量控制在6090 sccm之间。

B掺杂C3N对SO2催化氧化的第一性原理研究

通过第一性原理计算,采用Dmol3模块考察了B原子分别掺杂C3N二维材料的C位(B/C-C3N)和N位(B/N-C3N)所形成的两种单原子催化剂的结构、电子性质以及催化性能。首先,分析了B掺杂C3N的两种结构的稳定性与电子性质,发现B的掺杂使两种结构的稳定性均显著增强,B/C-C3N的电子性质变化更大,由半导体变成了导体。然后,分析了C3N、B/C-C3 N和B/N-C3 N这3种催化剂对SO 2氧化反应的催化性能,计算比较了对O2与SO2的吸附能、电荷转移量、稳定构型、态密度以及O 2活化后的键长。结果显示3种催化剂对O 2的吸附能均大于SO2,均服从E-R机理,其中B/C-C3N对O2的吸附能最大、O2与SO2之间吸附能之差最大,对O2的活化程度最高,表现出最利于SO2催化氧化反应的性能。态密度分析也表明,O2与B/C-C3N在费米能级附近的杂化作用最强,这更利于反应的发生。因此,B/C-C3N具有成为SO2氧化反应优良催化剂的潜力。

B掺杂FePt基纳米复合膜的制备与磁学性能研究

利用磁控溅射法将厚度可控的B掺杂到FePt多层膜中,构成FePtB多层膜体系。多层膜结构采用中间层掺杂和底层掺杂等方式组合,由此研究热处理温度与B掺杂对FePtB多层膜体系磁学性能的影响,分析成相过程。另一方面,B层作为中间层掺杂到FePt多层膜样品中构成不同B掺杂浓度的多层膜体系,通过X射线衍射等表征手段研究不同的掺杂浓度对FePt多层膜样品成相及退火温度的影响。实验结果表明,B掺杂的FePt多层膜样品的矫顽力大幅度提高,出现垂直择优取向;随着B层厚度的增加,FePtB多层膜体系的磁有序相比例增加,当B层为14nm时,FePtB多层膜体系展现良好的垂直取向特性。此外,B掺杂降低了FePt多层膜样品的退火温度。