Mn掺杂Zigzag(8,0)型单壁碳纳米管吸附甲醛分子的密度泛函理论研究

甲醛是一种对人体健康造成巨大威胁的污染物。气态甲醛浓度的准确检测对大气空气治理评估和室内环境安全均有重要意义,而高效传感器的研发则是甲醛分子检测技术优化的关键。本研究通过基于第一性原理的DFT计算软件VASP,对甲醛分子在Mn掺杂Zigzag(8,0)型单臂碳纳米管上的吸附特性进行研究。结果表明:Mn掺杂Zigzag(8,0)型单臂碳纳米管是一种稳定的分子构型。区别于在原始CNT上的物理吸附过程,甲醛分子在Mn掺杂CNT上的吸附键长更短,吸附能更大,属于化学吸附过程。同时,甲醛分子在Mn掺杂CNT上的吸附过程还伴随着明显的电荷转移。吸附过程发生后,吸附样品的光吸收曲线在580~705 nm以及365~447 nm的范围内出现明显的蓝移,在307~360 nm的范围内出现了明显的红移。

Mn掺杂石墨烯吸附二氧化硫分子的密度泛函理论研究

二氧化硫是典型的气态污染物,其浓度的精确检测有赖于高效传感器的研发。采用基于密度泛函理论的VASP计算软件在理论上探究了Mn掺杂石墨烯对二氧化硫分子的吸附特性,并揭示了其作为高效传感器的应用潜力。研究结果表明,二氧化硫分子在Mn掺杂石墨烯上表现出显著的吸附效果,吸附过程为化学吸附;与原始石墨烯上的物理吸附过程相比,具有更大的吸附能和更短的吸附间距;吸附过程伴随着明显的电荷转移并导致吸附系统光学性质的改变。理论上,Mn掺杂石墨烯可以作为有效的二氧化硫分子检测传感器材料。

Mn掺杂ZnO材料的制备与热致变色性能研究

用固相反应法制备不同Mn掺杂比的ZnO粉体(Zn_(1-x)Mn_(x)O),用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、紫外/可见/近红外漫反射测试仪(UV-Vis)、X射线光电子能谱仪(XPS)对样品的成分结构、微观形貌等进行表征。结果表明:当Mn的摩尔分数<7%时,Mn能完全进入ZnO晶格,不会引起ZnO六方纤锌矿结构的改变;当Mn的摩尔分数≥7%时会形成杂质相,且Mn掺杂比增大,破坏了ZnO晶体结构的完整性。常温下,Mn的摩尔分数为1%的ZnO粉体的颜色为蜜柑色,随掺杂比例增大,颜色逐渐变深。此外,当测试温度从常温升至400℃时,样品颜色由蜜柑色变为灰茶色,当冷却到常温时,样品的颜色又恢复到原色,具有颜色可逆性。

V、Nb和Mn掺杂α-Bi_(2)O_(3)的光电性质研究

氧化铋(Bi_(2)O_(3))作为光催化剂,在废水处理方面拥有良好的发展前景。基于密度泛函理论的第一性原理计算,分析了钒(V)、铌(Nb)以及锰(Mn)掺杂Bi_(2)O_(3)的电子结构和光学性质。根据计算结果,半导体在离子掺杂后其禁带宽度明显缩小,此外在费米能级附近产生新的杂质能级,电子跃迁所需能量减少,导电性增加;光学性质表明掺杂体系吸收边发生红移,增强了可见光的吸收范围,为Bi_(2)O_(3)在光催化领域的应用提供了理论基础。

ZnSe及其Mn掺杂复合材料光吸收催化性能和高压结构性能研究

ZnSe半导体材料是制备光电器件和光催化反应催化剂的重要原材料。其单体材料具有强光下易变质、电子-空穴复合等现象。通过元素掺杂制备ZnSe复合材料,并与单体材料对比研究了元素掺杂所提升的ZnSe的光学及结构性能。首先采用水热法实验室制备纯ZnSe和Mn∶Zn加入比分别为5%、10%、15%和20%的ZnSe复合材料,对比材料形貌、结构,光吸收和催化性能,结果显示掺杂比为10%的样品结晶度最高,杂质成型量最少,催化性能最佳。采用Mao-Bell型金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究纯ZnSe和掺杂比为10%的样品的高压结构相变行为,以探究元素掺杂对样品结构性能的影响。研究结果:(1)扫描电子显微镜(SEM)图显示,加入Mn元素后制得的ZnSe样品形貌为球状,与纯样大致相同,球状颗粒表面有小颗粒负载,且随着Mn加入量的增加,表面负载的物质增多;(2)X射线衍射(XRD)图谱表明,ZnSe样品结构为立方闪锌矿结构,随着Mn加入量的增加,样品MnSe特征峰增强,杂质MnO_(2)成型越完全。掺杂比为10%的样品ZnSe结晶度高,杂质成型量少;(3)固体紫外漫反射(UV-Vis)结果表明,掺杂比为10%的样品对光的吸收边最大,禁带宽度最小,为1.65 eV;(4)光催化实验结果显示,掺杂比为10%的样品催化降解甲基橙的效率最大,6 h降解85.4%。研究表明掺杂Mn元素比为10%的ZnSe复合材料,光吸收和催化性能相对最好。金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究ZnSe样品和掺杂比为10%的样品的高压相变结果表明,(1)纯ZnSe的LO声子模在压力上升到12.3 GPa时基本消失,TO声子模在压力上升到20.8 GPa时消失,整个加压过程中没有新峰生成,纯ZnSe发生闪锌矿相向岩盐矿相转变的高压行为;(2)复合材料的TO声子模在6.9 GPa时发生劈裂,在8.0 GPa时208 cm^(-1)处有新峰出现,表明在此压力下部分样品由闪锌矿相转变为辰砂矿相。在10.8 GPa时辰砂矿相的峰消失,体系发生由辰砂矿相向岩盐矿相转变;加压至18.8 GPa,LO声子模非常微弱,几近消失,此时体系中的闪锌矿相完全转化为岩盐矿相。研究了不同条件下ZnSe的光催化性能和相变行为,探究了不同掺杂比对ZnSe光催化性能的影响,确定掺杂比为10%的ZnSe样品为最佳掺杂比复合材料,丰富了极端条件下ZnSe的物理化学性质的多样性研究。

Mn掺杂赤铁矿的微观结构、表面性质及Se吸附特性研究

为研究Mn掺杂赤铁矿(hematite,Hem)的微观结构、表面性质及其对Se(Ⅳ)的吸附特性,制备了Hem和不同比例的Mn掺杂Hem(H-Mn_(x),x=0.1,0.2,0.3)。采用X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、透射电子显微镜(transmission electron microscop,TEM)、粒径分布、Zeta电位分析和N_(2)等温吸附-脱附实验等方法进行研究。结果表明:Mn掺杂可抑制Hem的晶体形成;随着Mn掺杂比例的升高,H-Mn_(x)的结晶度逐渐减弱、颗粒尺寸不断变小;Hem和H-Mn_(x)对Se(Ⅳ)的等温吸附及动力学吸附过程可分别采用Langmuir模型(R^(2)=0.9499~0.9986)及准二级动力学模型(R^(2)=0.9924~0.9990)进行描述;随着Mn掺杂比例的升高,H-Mn_(x)对Se(Ⅳ)的吸附容量逐渐增加、吸附平衡时间逐渐延长。该研究有助于深入了解土壤中铁氧化物与Se的相互作用,可为土壤中Se的形态调控和高效利用提供理论基础。

Mn掺杂Li_(3)VO_(4)光学性质与弹性性质的第一性原理研究

基于第一性原理方法深入探究了Li_(3-x)Mnx VO_(4)(x=0,0.083,0.1667,0.25)晶体的能带结构、态密度、光学性质和弹性性质。计算结果表明,Li_(3-x)Mnx VO_(4)(x=0.083,0.1667,0.25)三种掺杂体系均稳定存在。其中,本征Li_(3)VO_(4)带隙为4.033 eV。当x=0.083时,带隙为0.341 eV,材料由直接带隙半导体转变为间接带隙半导体,并且表现为n型半导体的特性。当x=0.1667和0.25时,带隙分别为0.016 eV和0 eV,材料由半导体转变为金属,导电性显著增强。光学性质计算表明,掺杂体系在紫光区域的反射率有所加强,在吸收谱中x=0.25时材料对光子吸收率最佳。对于反射系数和介电函数的虚部而言,掺杂后的Li_(3)VO_(4)体系在低能区域内提升明显,表明更多光被材料表面所吸收。杨氏模量计算结果表明,随着Mn浓度的增大,各项异性变大,极化强度也随之增强。通过对Li_(3)VO_(4)进行Mn元素掺杂的方法,找到适合的掺杂浓度,为光、电能的综合利用提供一种有效的方案。

Mn掺杂Co_(3)O_(4)电催化剂的制备及析氧反应性能研究

氢能对于缓解能源危机和环境污染意义重大。电化学水分解过程中,阳极析氧反应(OER)作为能量转换装置的关键半反应,由于电子-质子转移形成了复杂的中间产物,导致动力学缓慢,限制了产氢速率。传统OER催化剂包括二氧化铱、二氧化钌等贵金属,存在储量低、价格昂贵、稳定性差等缺点,因此设计开发高效、廉价的非贵金属OER催化剂是解决OER动力学缓慢问题的关键。尖晶石氧化物(AB_(2)O_(4))具有特殊的电子结构和优异的OER性能,并可通过杂元素原子掺杂进一步提高其OER性能,被认为是一种具有潜力的非贵金属电催化剂。采用一步水热法,合成了Mn掺杂Co_(3)O_(4)电催化剂Mn-Co_(3)O_(4),研究了其电催化性能和稳定性。结果表明,利用Mn原子的掺杂,构建了氧桥连的Mn-O-Co配位结构,通过协同耦合作用,提高了Mn-Co_(3)O_(4)的OER催化性能。制备的Mn-Co_(3)O_(4)催化剂表现出高效的催化活性,在电流密度10和100 mA·cm^(-2)下,其过电位分别为270和335 mV。Mn-Co_(3)O_(4)同时表现出快速的动力学性能,Tafel斜率低至74 mV·dec^(-1)。此外,Mn-Co_(3)O_(4)还具有优异的稳定性,在电流密度10 mA·cm^(-2)下可稳定保持40 h。本研究为开发高效的OER催化剂提供了思路。

Mn掺杂BST薄膜的制备与表征

采用醋酸水溶液体系溶胶 -凝胶法制备了未掺杂和掺 Mn( )钛酸锶钡 (BST)薄膜。用这种方法 ,可在BST体系中容易地加入任何浓度的金属离子 ,并可在室温下长期保存。根据 X-射线衍射图 (XRD)和表面形貌 ,薄膜的晶化温度取为 6 5 0～ 75 0°C。根据掺 Mn BST的 Mn2 p3/2 X-射线光电子能谱 (XPS)图中 Mn2 p3/2 的峰位置 ,显示出薄膜中 Mn的价态与加入的 Mn( )离子价态相同。根据结合能的峰移 ,可以得到掺 Mn BST的费密能级降低0 .7e V。 I- V特性和介电特性测试表明 ,掺 Mn( ) BST的漏电流明显降低 ,相对的介电常数增加 ,损耗角正切降低0 .0 1。根据漏电性质、介电常数和损耗的关系 ,2 % (摩尔分数 )的 Mn掺杂的 BST薄膜适合于低频小信号 (2 V以下 ,约 5 0 0 k Hz)应用 ,而高浓度的 Mn掺杂适合于大信号较高频率 (1MHz以上 )应用。

Mn掺杂浓度对ZnO纳米薄膜的结构和光致发光的影响

Mn掺杂的ZnO基稀磁半导体材料由于具有独特的特性而受到人们广泛的关注。ZnO的激子束缚能高达60meV,具有优良的光学性质。因此,Mn掺杂的ZnO材料研究在磁性半导体领域广泛开展起来。文章采用溶胶-凝胶法制备了Mn掺杂的ZnO纳米晶,讨论了不同Mn含量对材料结构和光致发光的影响。XRD结果表明,所有的样品均具有六角纤锌矿结构,并且随着引入Mn含量的增加,样品的晶格常数增大。光致发光结果显示,随Mn含量的增加,样品的紫外发光峰先红移后蓝移。光致发光谱也显示,适量的Mn掺杂可以钝化样品的可见区发射,提高样品的光学质量。

Mn掺杂ZnSe量子点变温发光性质研究

量子点（QD）照明器件中电流导致的焦耳热会使其工作温度高于室温,因此研究量子点的发光热稳定性十分重要。本文利用稳态光谱和时间分辨光谱研究了具有不同壳层厚度的Mn掺杂Zn Se（Mn∶Zn Se）量子点的变温发光性质,温度范围是80~500 K。实验结果表明,厚壳层（6.5单层（MLs））Mn∶Zn Se量子点的发光热稳定性要优于薄壳层（2.6 MLs）的量子点。从80 K升温到400 K的过程中,厚壳层Mn∶Zn Se量子点的发光几乎没有发生热猝灭,发光量子效率在400 K高温下依然可以达到60%。通过对比Mn∶Zn Se量子点的变温发光强度与荧光寿命,对Mn∶Zn Se量子点发光热猝灭机制进行了讨论。最后,为了研究Mn∶Zn Se量子点的发光热猝灭是否为本征猝灭,对具有不同壳层厚度的Mn∶Zn Se量子点进行了加热-冷却循环（300-500-300 K）测试,发现厚壳层的Mn∶Zn Se量子点的发光在循环中基本可逆。因此,Mn∶Zn Se量子点可以适用于照明器件,即使器件中会出现不可避免的较强热效应。

Mn掺杂Ga_2O_3薄膜的结构及光吸收性能研究

采用磁控溅射法在Si(111)和玻璃衬底上制备出不同Mn掺杂含量的Ga2O3薄膜,使用扫描电子显微镜、电子能谱仪、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计等对Mn掺杂Ga2O3薄膜的表面形貌、结晶特性和光吸收性能进行了研究。结果表明,适量掺杂Mn可抑制薄膜的晶格膨胀,促进Ga2O3薄膜晶粒的定向生长,得到尺寸分布较均匀的多面体晶粒。Mn掺杂使Ga2O3价带顶向带隙延伸,光学带隙变窄,吸收边红移,近紫外区吸收增强。

Mn掺杂ZnS(110)表面的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究Mn掺杂ZnS(110)表面的电子结构和磁性.计算分析不同掺杂组态的几何参数、形成能、磁矩、电子态密度以及电荷密度.结果表明:单个Mn原子掺杂,替位于表面第二层的Zn原子时体系形成能最低,说明该层是最稳定的掺杂位置.对于两个Mn原子的掺杂,当Mn与Mn之间呈反铁磁耦合时体系最稳定.体系的总磁矩和自由Mn原子的磁矩差别很小,但是Mn原子的局域磁矩却依赖于Mn原子的3d态和近邻S原子的3p态的杂化作用,即受周围S原子环境的变化影响较大.此外,分析电荷密度图得出Mn原子替换Zn原子后与S原子形成了更强的共价键.

溶胶-凝胶法制备Mn掺杂Na_3V_2(PO_4)_2F_3正极材料及其电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了Mn掺杂的钠离子电池正极材料Na_3V_2(PO_4)_2F_3。用XRD、SEM、恒流充放电和交流阻抗等对样品进行了表征。结果表明,适量Mn掺杂不会破坏Na_3V_2(PO_4)_2F_3的晶体结构;随着Mn掺杂量的增加,衍射峰强度增强,晶粒尺寸增大,材料的颗粒及孔径先减小后增大。电化学测试表明Na_3(V_(1-2y/3)-Mn_y)_2(PO_4)_2F_3(y=0.05)拥有最优的电化学性能,该样品在0.1和1C倍率下的首次放电比容量分别为116.7和61.9mAh/g,循环50次后的放电比容量仍高达112.1和60.8mAh/g。

Mn掺杂对BaSnO_3陶瓷的NTC特性的影响

以BaCO3和SnO2为主要原料，以Mn为受主掺杂，再掺入其它微量的烧结助剂和施受主杂质，用固相法制备出具有NTC特性的BaSnO3陶瓷。在30-190℃的测试温区内，x（Mn）为1．0％～1．8％的掺杂BaSnO3陶瓷材料，其电阻-温度特性呈现良好的线性关系；B值和电阻随着Mn掺杂量的增加而变大，B值的变化范围为5200-6100K；30℃时样品的电阻率变化范围为1.16×10^6～1.11×10^7Ω·cm。

Mn掺杂对BST热释电陶瓷性能的影响

采用常规电子陶瓷工艺,制备了不同Mn掺杂含量的钛酸锶钡(BST)陶瓷,分别用X-射线衍射(XRD)和显微镜对其进行了表征,讨论了Mn掺杂对BST材料性能的影响。结果表明,适量的Mn掺杂,对介电常数影响不大,但可明显降低材料的介电损耗;其铁电性能变差,但热释电性能变好。最终可制备出最低损耗达0.4%、介电常数为3 200、热释电系数达20×10-8C.cm-2.K-1的样品。

不同退火温度下Mn掺杂ZnO纳米晶的结构和磁性

ZnO的激子束缚能高达60meV,具有优良的光学性质。因此,Mn掺杂的ZnO材料研究在磁性半导体领域广泛开展起来。文章采用溶胶-凝胶法制备了Mn掺杂的ZnO纳米晶,讨论了在不同退火温度下纳米晶的结构和磁性。XRD结果显示,所有样品均为六角纤锌矿结构。退火后,Mn掺杂ZnO纳米晶的晶格常数均略大于纯净ZnO的晶格常数,表明Mn2+已经替代Zn2+进入ZnO晶格。500℃退火的样品在4～300K温度范围内表现为顺磁性。将退火温度提高到900℃后,有少量尖晶石结构的ZnMn2O4存在。室温磁滞回线表明样品具有室温铁磁性,磁性来源于ZnMn2O4。

SR-XRD和EXAFS研究Mn掺杂ZnO薄膜的微观结构

用射频磁控溅射技术在蓝宝石衬底上制备了一组不同衬底温度的Mn掺杂ZnO薄膜。质子激发X射线荧光(PIXE)测量表明,薄膜中仅有含量为5 at.%的Mn,未见其它磁性杂质元素(如Fe、Co、Ni等)。同步辐射X射线衍射(SR-XRD)表明,这些Mn掺杂ZnO薄膜具有纤锌矿ZnO结构。SR-XRD和扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS)分析显示,薄膜中未发现Mn团簇或MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4等二次相,Mn原子是通过替代Zn原子而进入了ZnO晶格。

Fe、Mn掺杂六铝酸镧的微乳液制法及性能研究

以TX-100/正己醇/环己烷组成的反相微乳液为媒介,采用反相微乳-共沉淀法制备系列金属掺杂的六铝酸镧催化剂。用BET、XRD进行物性表征,以甲烷燃烧为探针反应考察了催化剂的催化活性。结果表明,反相微乳液合成催化剂的最佳成晶温度可降至1 100℃。LaMxAl12-xO19-α中M的最佳掺杂数为1(x=1)。单金属Mn的存在可以降低甲烷的起燃温度,使催化剂具有良好的低温活性;单金属Fe掺杂的六铝酸镧催化剂具有较低的完全转化温度;而Fe、Mn共同掺杂的LaMnFeAl10O19-α催化剂具有低、高温活性和高温稳定性。100h稳定性运转的转化率始终保持在99.7%,无失活现象。

Mn掺杂BST陶瓷的本征热释电性能研究

采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了不同锰掺杂含量的BST陶瓷。研究表明,利用柠檬酸溶胶-凝胶法制备BST陶瓷粉末可以降低BST陶瓷的烧结温度至1250℃,Mn掺杂能明显降低BST陶瓷的铁电性,适量掺杂Mn可以获得具有介电常数适中、介电损耗较小,且室温下具有良好热释电性和探测率优值的BST陶瓷。1%Mn掺杂的BST陶瓷在室温下本征热释电系数γint=610nC/(cm2.K),低频下的探测率优值Fd=88.4×10-6Pa-1/2,可以满足制作热释电探测器的要求。