SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理对SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面的电子结构及光学性质进行了研究。FAPbBrI_(2)是带隙值为1.58 eV的直接带隙半导体材料,通过构建SnO_(2)(110)和FAPbBrI_(2)(001)的界面模型,发现其晶格失配率为4.28%,界面结合能为-0.116 eV/A^(2),说明此界面结构可以稳定存在。通过态密度(DOS)分析SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面的电子结构,发现了主要由界面处O_(2)p、I 5p、Br 4p、Pb 6p轨道电子杂化形成的界面态。差分电荷密度及Bader电荷分析结果说明在界面处存在明显的电荷转移,这促进了界面处原子之间的成键,提高了界面稳定性。同时,有效的电荷分离也使SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面的光吸收系数相比于SnO_(2)(110)表面和FAPbBrI_(2)(001)表面有了明显提升。

生物模板法合成分级多孔结构SnO_2及其乙醇气敏性能

以脱脂棉为模板,采用溶剂热法、超声法和浸渍法3种工艺,复制式制备了具有棉纤维结构的分级多孔SnO2纳米材料。通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜表征结果得知,3种方法制得的SnO2均为四方晶系金红石结构,均较好的复制了棉纤维的分级多孔结构。测试对比了SnO2材料制作的元件的气敏特性,3种元件对乙醇表现出很高的响应,其中浸渍法制备的材料显示出更高的响应,分析了生物模板在遗态材料合成过程中的作用,并初步分析了乙醇的气敏机理。

Cr_(2)O_(3)掺杂量对SnO_(2)压敏电阻微观结构和电气性能的影响

以SnO_(2)粉、CuO粉、Nb_(2)O_(5)粉、Cr_(2)O_(3)粉为原料,采用粉末冶金技术烧结制备(98.95-x)SnO_(2)-1CuO-0.05Nb_(2)O_(5-x)Cr_(2)O_(3)(x=0,0.01,0.02,0.03,0.05,物质的量分数/%)压敏电阻,研究了Cr_(2)O_(3)掺杂量对该压敏电阻微观结构和电气性能的影响。结果表明:随着Cr_(2)O_(3)掺杂量的增加,烧结试样的相对密度、收缩率、平均晶粒尺寸均先增大后减小,当Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.02%时相对密度和收缩率最高,Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.01%时晶粒尺寸最大,粒径分布最均匀;随着Cr_(2)O_(3)掺杂量增加,SnO_(2)压敏电阻的电压梯度增大,泄漏电流密度先减小后增大,非线性系数则先增大后减小,当Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.02%时,压敏电阻的泄漏电流密度最小,非线性系数最大,电压梯度较高,综合电气性能最好。

分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂的制备及其性能分析

以双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯与双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物为起始材料,通过水解-缩合反应合成实心TiO_(2)-SiO_(2)纳米微球;将这些微球经碱性水热反应和后续高温煅烧,制备分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂。通过TEM、DLS、FT-IR、EDS、XRD等表征手段对其形貌、单分散性、组分及晶体结构进行测试与分析;探讨碱性水热条件对分级中空结构形成的影响机理;研究煅烧温度对光催化剂性能的作用;通过罗丹明B的光催化降解实验来评估光催化剂的活性,并与商用P25进行对比。结果表明:所得纳米微球表面有明显的刺突、单分散性好,以钛酸盐为主要成分;钛酸盐的重结晶与二氧化硅的向内蚀刻是形成分级中空结构的关键;经500℃煅烧,所得催化剂保持分级中空结构,转变为锐钛矿相TiO_(2);其光催化性能卓越,对罗丹明B的降解速率常数k可达113.49×10^(-3)·min^(-1),是实心结构的3倍,是P25的1.45倍。分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂的制备方法简单有效,为光催化降解染料的研发提供了重要参考和理论指导。

TNTs结构强化TNTs/SnO_(2)-Sb电极电催化活性的影响机制

采用溶剂热法制备了TNTs/SnO_(2)-Sb电极,通过调整氧化电压和氧化时间构建出不同结构的二氧化钛纳米管(TNTs)阵列,以探究其对电极结构和电化学性能的影响。SEM和接触角测试表明,相较于阳极氧化时间,阳极氧化电压是影响TNTs阵列形貌和表面亲水性的主要因素。SEM、XRD、LSV和EIS结果表明,TNTs阵列孔径的大小影响了催化涂层的形貌、晶粒尺寸以及电极的析氧电位。XPS、EPR和羟基自由基(·OH)生成测试表明,涂层表面致密且粒径较小有利于电极表面获得更多的氧空位,且氧空位浓度越高,吸附氧物种越多,从而增强了活性自由基的形成以及对有机物的降解。以长度950 nm,孔径100 nm的TNTs阵列层为基底时,所制备的电极TNTs(25 V)/SnO_(2)-Sb展现出了最佳的苯酚处理效果(92%±4.6%,2 h)。

ZnO/SnO_2分级纳米结构的制备及气敏特性研究

结合静电纺丝和水热法制备了ZnO/SnO_2分级纳米结构.扫描电镜结果显示,直径为20~30 nm且粗细均匀的ZnO纳米棒阵列均匀地生长在长2~10μm的SnO_2纳米线上.与纯ZnO纳米棒和纯SnO_2纳米线相比,ZnO/SnO_2分级纳米结构显现出更优越的气敏性能,在300℃下对体积分数为100×10^(-6)的丙酮气体的灵敏度高达22.76,响应时间为13 s,恢复时间为10 s.

分级结构SnO_(2)在气体传感器中的研究进展

SnO_(2)由于具有制备方法简单、来源广泛、优异的n型半导体特性,被认为是制造气体传感器的理想候选材料。通过调整形态和改性对SnO_(2)基气体传感器的发展至关重要。由低维结构单元构筑的三维(3D)分级结构SnO_(2)基气体传感器取得了一定的成果。笔者简要综述了分级结构SnO_(2)的可控合成和改性方法,为制造新型高性能SnO_(2)基气体传感器提供新的思路和见解。

稀土Ce掺杂花状SnO_2分级结构的制备与气敏性能

采用水热法,以Na_2SnO_3·4H_2O和酒精水一步合成了特殊花状SnO_2分级结构,并对花状SnO_2分级结构进行稀土Ce掺杂。利用SEM、XRD、EDX和气敏测试仪器对结构形貌、成分和气敏性能进行了表征和测试。掺杂前后的花状SnO_2分级结构均呈六瓣均匀对称结构,花瓣由一些短棒组成。气敏性能结果表明:掺杂Ce有利于降低元件对乙醇、异丙醇、丙酮、甲醇、甲醛的最佳工作电压;工作电压U=4V,3%(摩尔分数)Ce掺杂元件对体积分数为1000×10^(-6)的乙醇和甲醛气体灵敏度高达450和250左右;U=4.5V,3%Ce掺杂元件对体积分数为100×10^(-6)的异丙醇气体,响应恢复时间为3s/7s,元件对体积分数为100×10^(-6)的甲醇气体响应恢复时间为5s/3s,均比未掺杂样品快2倍左右。

SnO_(2)/石墨分级纳米异质结构的合成及其电化学性能研究

以石墨为基底,五水合四氯化锡为锡源,氢氧化钠为沉淀剂,采用一步水热法合成了SnO_(2)/石墨分级纳米异质结构。利用FESEM、XRD、EDS、Raman等对SnO_(2)/石墨分级纳米异质结构进行了形貌、结构和成分表征。研究发现,结晶良好的SnO_(2)纳米线首先组装成SnO_(2)纳米棒,纳米棒进一步组装成直径约450 nm的花状结构,并均匀生长在石墨片上,呈现分级结构。用循环伏安法、恒流充放电循环法测试了分级纳米异质结构的电化学性能,结果表明:在50 mA/g的充放电电流密度下首次放电比容量和充电比容量分别为1567.2 mAh/g、825.9 mAh/g,同时多次循环的循环伏安曲线几乎一致,表明SnO_(2)/石墨分级纳米异质结构具有较高的储电容量和改善的循环稳定性。

Sm掺杂花状SnO_2分级结构对异丙醇的气敏性能

采用水热法进行稀土Sm掺杂合成花状SnO_2分级结构。利用XRD、SEM、TEM和气敏测试仪器对Sm掺杂花状SnO_2分级结构的成分、形貌和气敏性能进行了表征和测试。气敏性能结果表明:掺杂Sm对异丙醇有良好的气敏性能,其中5.0 at%Sm掺杂对应的灵敏度和响应恢复性最佳,4.5 V工作电压下,体积分数为200×10-6的异丙醇,灵敏度约为85,响应时间5 s、恢复时间5 s。

生物分级结构SnO_(2)/TiO_(2)复合催化剂的制备及光催化性能研究

选用油菜花粉为生物模板,通过浸渍-煅烧法制备具有生物分级结构的TiO_(2).并使用水热法将SnO_(2)和生物分级结构TiO_(2)复合,探索不同SnO_(2)与TiO_(2)的复合比例样品对六价铬(Cr(Ⅵ))光催化还原性能的影响.XRD测试结果表明SnO_(2)的加入对TiO_(2)的晶体结构没有影响,复合样品中既存在锐钛矿结构TiO_(2)也存在金红石结构SnO_(2);SEM测试发现TiO_(2)样品成功复制了花粉的精细结构,为表面有大量微孔的微米级球状颗粒,微球的直径在30~40μm之间;引入SnO_(2)后,TiO_(2)样品表面出现颗粒状的附着物,但微球的尺寸无明显变化;EDS测试发现Sn、Ti和O 3种元素均匀分布在微球表面,表明该样品中同时存在TiO_(2)和SnO_(2);XPS测试结果表明复合样品中的Ti和Sn元素主要以Ti^(4+)和Sn^(4+)形式存在.实验在250 W高压汞灯照射条件下进行不同样品对Cr(Ⅵ)的光催化还原实验,结果表明复制了花粉精细结构的SnO_(2)/TiO_(2)样品对六价铬(Cr(Ⅵ))的光催化还原能力明显优于纯SnO_(2)和TiO_(2)样品.其中复合比例为10%的SnO_(2)/TiO_(2)样品对Cr(Ⅵ)的催化还原能力最强,在90 min内光催化还原效率达到95%,其反应速率为商用P25的6.3倍.

TiO_2分级结构/Ag_3PO_4复合材料的可见光催化性能

制备了具有分级结构的海胆状TiO2纳米材料,并通过原位沉积法将可见光响应的Ag3PO4纳米颗粒沉积到TiO2的纳米分级结构上,合成了具有高效稳定可见光催化性能的系列TiO2分级结构/Ag3PO4复合材料,对比测试了系列材料对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能.结果表明,TiO2分级结构/Ag3PO4复合材料光催化性能明显高于纯相的Ag3PO4光催化剂,同时也明显优于TiO2(P25)/Ag3PO4复合光催化剂,其中分级结构TiO2与Ag3PO4摩尔比为1∶1的复合材料具有最强的光催化性能,在可见光照射6min内可实现RhB的完全脱色.分析结果表明,与纳米颗粒TiO2相比,具有海胆状纳米结构的TiO2可为Ag3PO4的负载提供更多的担载位点,增加TiO2和Ag3PO4的接触面积,进而提升Ag3PO4光激发产生的光生电子-空穴的分离效率.同时在光降解过程中,Ag3PO4表面存在的少量Ag+会逐渐还原成单质Ag0,通过Ag0的等离子体共振效应,可增加对光子的吸收转换能力,从而进一步提高该复合材料光催化降解染料的性能.

水热法制备TiO_2-ZnO纳米棒分级结构及其光电性能研究

为了增加光电极光生电子传输通道并提高其光敏剂的负载能力,采用两步水热法制备了一种新颖的TiO_2-ZnO纳米棒分级结构。采用水热法在FTO导电玻璃基底上生长TiO_2纳米棒有序阵列膜,通过浸泡提拉在TiO_2纳米棒上包覆一层ZnO溶胶,经烧结形成ZnO种子层;再次采用水热法于TiO_2纳米棒上生长ZnO纳米棒,形成TiO_2-ZnO纳米棒分级结构,通过旋涂辅助连续离子反应分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2-ZnO纳米棒分级结构中沉积光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜。利用SEM,TEM,XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等表征和测试手段,对样品的形貌、结构、光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,与单纯的TiO_2纳米棒阵列相比,TiO_2-ZnO分级结构可以沉积更多的CdS光敏剂,CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜的光吸收性能和瞬态光电流均明显优于CdS/TiO_2纳米复合薄膜。凭借优异的光电性能,TiO_2-ZnO分级结构在太阳电池光阳极材料中具有很好的应用前景。

Sb_2S_3纳米粒子修饰ZnO纳米片微纳分级结构的光电化学性能

采用恒电位方法,选择氯化钾和乙二胺(EDA)为添加剂,在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米片阵列,通过二次电沉积得到了ZnO纳米片上生长纳米棒的微纳分级结构.利用化学浴沉积法在ZnO基底上沉积Sb2S3纳米粒子制备出了Sb2S3/ZnO纳米片壳核结构和Sb2S3/ZnO微纳分级壳核结构.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、瞬态光电流等对其形貌、结构组成和光电化学性能进行了表征和分析.结果表明,Sb2S3/ZnO纳米片上生长纳米棒分级壳核结构的光电流明显高于Sb2S3/ZnO纳米片壳核结构.在Sb2S3/ZnO纳米片壳核结构和Sb2S3/ZnO微纳分级壳核结构的基础上旋涂一层P3HT薄膜形成P3HT/Sb2S3/ZnO复合结构,以上述复合结构薄膜为光活性层组装成杂化太阳电池,其中,P3HT/Sb2S3/ZnO分级壳核结构杂化太阳电池的能量转换效率最高,达到了0.81%.

TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构的制备及光电性能

采用两步水热法在无种子层的基础上制备了新颖的TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构。采用旋涂辅助连续离子反应方法分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构中沉积窄禁带半导体光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO分级纳米结构复合膜。利用SEM、TEM、XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等分析手段对样品的形貌结构以及电极的光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,沉积光敏层CdS后,TiO2纳米棒-ZnO纳米片分级纳米结构膜的瞬态光电流明显高于TiO_2纳米棒阵列膜,尤其是在500nm处光电响应出现明显增强;以P3HT为p型聚合物材料组装杂化太阳电池,光伏性能测试结果表明,以P3HT/CdS/TiO_2-ZnO分级结构复合膜制备的杂化太阳电池能量转换效率可达0.65%,与P3HT/CdS/TiO2复合膜制备的杂化太阳电池的能量转换效率相比提高了58%。

碱金属掺杂SnO_(2)材料的电子结构和光学性质

文章基于第一性原理研究了碱金属掺杂的SnO_(2)的能带结构以及态密度。研究结果表明:掺杂能够使能级增多,很好地调节带隙值。Li,Na,K,Rb掺杂的SnO_(2)材料,价带顶有能级穿过费米线,材料呈现出半导体特性。其中Rb掺杂使材料在费米面附近产生杂质能级。而Cs,Fr掺杂的SnO_(2)材料,价带顶向低能级方向移动,费米能级不再穿过价带,费米线附近出现轨道杂化,两者相比Fr掺杂使费米面附近能级分布更加离散。掺杂后SnO_(2)的反射率变化主要体现在可见光以及紫外区域,吸收边发生了红移,对实现SnO_(2)光催化起很大作用。

分级结构TiO_2微球的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源,以冰醋酸为溶剂,用溶剂热法合成了具有分级结构的TiO2微球。利用扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱仪等对前驱体及产物的形貌、物相的组成进行了表征。以活性艳蓝KN-R为模拟污染物,考察了紫外光下该TiO2微球的光催化性能。结果表明,所制备的样品是由初级结构的纳米晶组成的结晶良好的锐钛矿型TiO2微球,粒径约为2～4μm,对活性艳蓝KN-R的光催化降解效果好,光照60min后降解效率可达97.79%,是商用P25的1.41倍。

自组装TiO_2分级结构材料的制备及性能研究

采用水热法合成了梭形TiO_2分级结构材料,运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对其形貌、结构进行了表征和分析,考察了水热温度、乙酸加入量对TiO_2样品的影响,并研究了其光催化性能。结果表明,所制备TiO_2分级结构材料为锐钛矿相,是由纳米晶自组装形成的梭形结构,水热温度和乙酸加入量对TiO_2形貌影响不大,但对TiO_2晶粒大小有影响。以甲基橙溶液为模拟污染物研究TiO_2样品的光催化性能,在紫外光照射下,表现出良好的光催化活性。

Ce、Ga、La掺杂二维SnO_(2)电子结构及光电性质的第一性原理研究

二维材料具有优异的光学、力学、热学、磁学等性质,成为研究的热点之一.SnO_(2)薄膜中的电子迁移率非常高,兼具透明和良好的导电性能,是一种性能绝佳的半导体材料.本文用密度泛函理论框架下的第一性原理研究了二维SnO_(2)及其掺杂体系的电子结构、电子态密度、导电性能及光学性质,计算结果表明:相比较于三维SnO_(2),二维SnO_(2)的费米能级附近产生很多杂质能级,提高了载流子浓度,带隙明显变窄,电子的局域性增强,导带中电子的有效质量增加了,电子跃迁更容易发生,增加了材料的导电性能;二维SnO_(2)比三维SnO_(2)材料的电极化能力强,在红外区、可见光区、紫外区域的光子吸收性能更优异,光电导率更高,更有利于光生电子-空穴对的分离和迁移,即可以有效地提高其光电转换效率,其中掺杂La元素能更好地提高在红外区、可见光区及紫外区吸收光子的能力,更有利于光电转换的效率,提高导电性.

分级结构MoS_2的可控制备及其电催化析氢性能研究

通过简单的水热反应合成了分级结构MoS_2纳米球,研究了水热反应温度以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对花状MoS_2形貌的影响。结果表明,PVP对花状纳米球的生成至关重要,只有在PVP存在的情况下才会生成由片层组装的纳米球形结构,这主要归因于MoS_2(002)晶面的表面能高,PVP紧密吸附在MoS_2纳米片表面,从而驱动纳米片组装成花状纳米球。电化学析氢性能测试发现,花状MoS_2纳米球的析氢性能明显优于块体MoS_2,这主要归因于花状MoS_2纳米球能提供更多的催化活性位点。