基于第一性原理的镧掺杂氧化锌的性质研究

本文采用第一性原理计算方法开展La掺杂ZnO的缺陷研究,分析了La在ZnO中的不同占位缺陷:替换位和间隙位缺陷的形成能、能带和态密度;证明了La掺杂ZnO的生长过程中,La替换Zn原子形成替换位缺陷的可能性要比进入间隙位形成间隙位缺陷大,而在形成替换位缺陷时,选择富氧的生长环境要比富锌的生长环境好,替换位缺陷有助于提高ZnO的导电能力,改善ZnO的性能.本文的研究结果能够为La掺杂ZnO的实验和应用提供一定的理论参考.

浅谈铝氮共掺杂氧化锌纳米管电子结构的第一性原理

该文主要采用第一性原理对掺铝、掺氮、铝氮共掺杂氧化锌纳米管的电子结构进行了计算,并分析了差分电荷密度对氧化锌纳米管电子结构的影响。结果显示,铝氮共掺杂可以使主能级局域性对氮形成的影响减小,提高氮的溶解度,这一掺杂方法将是顺利实现氧化锌纳米管p型参杂的有效途径。

氧化锌p型共掺杂精细结构的第一性原理研究

计算了ZnO材料p型掺杂精细结构,分析了p型掺杂ZnO晶体的电子结构、电荷布局、电子态密度、差分电荷。所有计算都是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一原理平面波超软赝势方法。计算结果表明:掺杂Ⅴ族元素(N、P、As、In)的氧化锌材料在能隙中引入了深受主能级,载流子(空穴)局域于价带顶附近。而利用加入激活施主的共掺杂技术的计算结果却表明,受主能级向低能方向移动,形成了浅受主能级。同时,受主能级带变宽,非局域化特征明显。

第一性原理研究硼掺杂氧化石墨烯对过氧化锂氧化反应的催化机理

锂-氧电池由于高能量密度在后锂离子电池中脱颖而出,而放电产物过氧化锂缓慢的氧化反应降低了电池的循环性能.因此,提高过氧化锂氧化反应动能、降低充电过电位对于实现高能量密度的可逆锂-氧电池具有重要意义.本文通过第一性原理计算,对比研究了氧化石墨烯(GO)和硼掺杂氧化石墨烯(BGO)对过氧化锂小团簇(Li_(2)O_(2))_(2)氧化反应的催化机理.结果表明,从(Li_(2)O_(2))_(2)团簇转移到GO和BGO上的电荷分别为0.59 e和0.96 e,B掺杂提高了电荷转移.4电子反应过程表明,(Li_(2)O_(2))_(2)团簇倾向于Li-O_(2)-Li分解路径,在GO和BGO上反应的速率决定步均是第三步去锂.在平衡电位下,GO和BGO的充电过电位分别是0.76 V和0.23 V,B掺杂大大降低了锂-氧电池充电过电位.机理分析表明B与O对(Li_(2)O_(2))_(2)团簇起到了协同催化的作用.

运用第一性原理研究氧化锌电阻阀片中氧空位与掺杂条件下ZnO晶体电学性质

为了比较Nb_2O_5、MnO_2、MgO三种添加剂对氧化锌电阻阀片电学性能影响,在微观层面模拟Nb、Mn、Mg三种元素分别掺杂ZnO完整超晶胞和带有氧空位缺陷的ZnO超晶胞,并运用第一性原理分析掺杂晶胞的特性.本文计算了晶体结构、掺杂形成能、氧空位形成能、能带结构、态密度、载流子迁移率、电导率等.结果表明,掺入Nb原子的掺杂体系晶格体积最大,Mg掺杂体系的形成能最大,稳定性最弱,Nb掺杂氧空位形成能最低,更容易引入氧空位.Nb掺杂的ZnO超晶胞禁带宽度最小,氧空位缺陷增大掺杂晶体的禁带宽度.在相同掺杂浓度和同等条件下,Mn掺杂的晶体电导率最高.

试分析氧化锌p型共掺杂精细结构的第一性原理

本文对p型掺杂ZnO晶体的电子布局、差分电荷、电子结构、电子态密度进行了分析,对ZnO材料p型掺杂精细结构进行了计算。所有计算都是以密度泛函理论框架下的第一原理为基础。通过计算得出:在能隙中掺杂V族元素的氧化锌材料引入了深受主能级,载流子局域在甲带顶附近。而通过加入激活施主的共掺杂技术得出,由于受主能级向低能方向移动,从而形成了浅受主能级。

碳掺杂(9,0)型闭口硼氮纳米管场发射第一性原理研究

本文运用第一性原理研究了(9,0)型闭口硼氮纳米管及其两种C掺杂体系的场发射性能。对三种纳米管体系的态密度、局域态密度、赝能隙、最高占据分子轨道/最低未占据分子轨道能隙和Mulliken电荷的分析结果表明,C替代顶层六元环中硼与氮原子的场发射性能分别最优和最差。由此可见,C掺杂改善硼氮纳米管场发射性能的关键在于被置换原子的种类。

氮掺杂碳化硅纳米管电子场发射的第一性原理研究

运用第一性原理研究了氮掺杂对碳化硅纳米管场发射性能影响.计算结果表明,在外加电场作用下,体系的态密度均向低能端移动,赝能隙及最高占据分子轨道/最低未占据分子轨道能隙减小,且Mulliken电荷在帽端聚集程度增加.态密度、最高占据分子轨道/最低未占据分子轨道能隙及Mulliken电荷分析表明,氮掺杂改善了碳化硅纳米管的场发射性能,且N替代顶层五元环中Si原子体系场发射性能最优.

氮掺杂氧化锌-氧化锌忆阻器突触可塑性研究

为了解决传统计算机中存储与运算之间的物理分离以及传输速度受限的问题,制备一种可用于神经形态计算的模拟型忆阻器,采用磁控溅射法在氧化铟锡导电玻璃衬底上依次完成氧化锌、氮掺杂氧化锌阻变层与银顶电极的沉积,对忆阻器的结构和电学性能进行表征、测试,并探究氮掺杂氧化锌薄膜厚度对忆阻器电学性能的影响。结果表明:制得的氮掺杂氧化锌-氧化锌忆阻器具有渐变式的电导切换行为,能够很好地模拟生物突触的可塑性,可用于神经形态计算;氮掺杂氧化锌薄膜厚度的增加有助于电学性能的稳定,减小氮掺杂氧化锌薄膜厚度,会显著增大电导响应的变化率。

氮掺杂碳量子点@花状氧化锌检测L-色氨酸

通过水热法制备N-CQDs@ZnO复合材料,使用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射仪、荧光光谱、紫外-可见光吸收光谱、透射电镜对复合材料进行表征.然后,将复合材料修饰在玻碳电极上,构筑一种用于检测L-色氨酸的新型电化学传感平台,采用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)、电化学阻抗法(EIS)进行电化学研究.在优化条件下,N-CQDs@ZnO4/GCE对于L-色氨酸的检出限为32 nmol·L-1,灵敏度为0.78μAμmol·L-1cm-2,该传感器成功应用于血清中L-色氨酸的检测.

Mo、Cr掺杂对ZnO光电特性影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论第一性原理的方法,计算了本征ZnO、Mo掺杂(Mo_(Zn))和Cr掺杂(Cr_(Zn))体系的光电特性,从理论上讨论了掺杂对体系光电特性的影响.Mo_(Zn)、Cr_(Zn)表现为n型半导体,但Mo掺杂使体系带隙变宽,特征光谱发生蓝移,对可见光的吸收能力降低;而Cr掺杂使体系带隙变窄,特征光谱发生红移,拓展了可见光的响应范围.此外,掺杂Mo、Cr后均使ZnO带边朝低能端移动,使电子跃迁容易实现,有效降低了光生电子-空穴对的复合几率.可见Cr掺杂对改良ZnO有积极作用.

第一性原理对氮掺杂石墨烯作为锂-空电池阴极材料还原氧分子的机理研究

采用第一性原理,研究了不同浓度的氮掺杂石墨烯还原氧分子的机理.结果表明,掺杂氮原子以后,氧分子的吸附能增大,获得的电荷增多,O-O键长变长,说明氮掺杂石墨烯增强了对氧分子的还原能力.进一步分析发现,氧分子吸附之后,氮原子和氧分子均从碳原子上获得电荷,氮原子同时也向氧分子转移电荷,从而使氧分子与基底的相互作用增强.另外,通过对比不同浓度的氮原子掺杂,发现3.13 at%的氮原子掺杂比例对氧分子的还原性能最好.

氮掺杂的石墨烯作为钠离子电池负极材料的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯、氮掺杂的石墨烯和叽咯石墨烯吸附钠原子的电荷密度、吸附能、态密度和储存量.结果表明,三种石墨烯中,钠原子的最佳吸附位置为H位.与本征石墨烯相比,氮掺杂的石墨烯对钠原子的吸附能提高,叽咯石墨烯对钠原子的吸附能是-3.274 eV,约为本征石墨烯对钠原子吸附能的1.7倍.钠原子与叽咯石墨烯中的氮原子发生轨道杂化,而与本征石墨烯和氮掺杂的石墨烯没有发生轨道杂化现象.叽咯石墨烯能够吸附10个钠原子,与本征石墨烯相比显著提高,氮掺杂的石墨烯只能吸附4个钠原子.因此,叽咯石墨烯有望成为一种潜在的储钠材料.

钾掺杂对纤锌矿型氧化锌电子结构和光学性质的影响

针对纯纤锌矿型ZnO禁带宽度较高,不能吸收大部分可见光的问题,采用基于密度泛函理论的第一性原理,构建了钾掺杂ZnO的4种超胞模型,并对4种模型进行几何优化,计算了KXZn1-XO的能带结构、态密度和光吸收性能。结果表明:采用广义梯度近似法(GGA)+U方法计算得到纯氧化锌带隙为3.373 eV,与实验值一致;随着钾掺杂量X的增大,ZnO的禁带宽度Eg出现先增大后减小再增加的现象,KXZn1-XO吸收带发生先蓝移后红移的现象。

铟氮共掺杂氧化锌在可见光下的光催化活性(英文)

铟氮共掺杂氧化锌采用两步法合成,首先采用共沉淀方法制备铟离子掺杂的氧化锌,然后采用氨气中退火的方法制备铟氮共掺杂氧化锌。研究表明共掺杂样品比只掺杂氮的样品具有更多的可见光吸收。采用可见光下对异丙醇的降解来评价样品的光催化活性。研究结果表明在氮离子和0.5%铟离子掺杂下具有最好的光催化活性。

铝氮共掺杂氧化锌纳米管电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对(6,0)单壁氧化锌纳米管、铝掺杂、氮掺杂和铝氮共掺杂纳米管的能带结构、态密度和差分电荷密度进行了研究.结果表明,氮掺杂可以在纳米管禁带中引入受主能级,实现纳米管的p型掺杂,但是受主能级局域性较强,导致氮溶解度低.引入铝元素可以有效降低氮形成受主能级局域性,激活氮元素,铝氮共掺杂有望成为氧化锌纳米管一种更为有效的p型掺杂方法.

氮掺杂碳纳米线负载MnO纳米粒子作为水系锌离子电池正极的性能研究

水系锌离子电池(AZIBs)因锌的氧化还原电位低、能量密度高而有巨大的应用前景,其中储存Zn^(2+)的宿主正极决定了电池的放电性能和循环稳定性。以含有3个羧基的次氮基三乙酸(Nitrilotriacetic acid,NTA)为配体,通过简单的调整Mn^(2+):NTA的比例,制备了3种一维纳米线结构聚合物,并经煅烧处理中得到了3种氮掺杂碳纳米线负载不同粒径MnO材料MnO/NC-x。其中Mn^(2+)∶NTA比例为0.5时制备的MnO/NC-0.5中MnO粒径最小,且均匀的分散于纳米线表面。该材料作为AZIBs正极展现了卓越的离子扩散性和导电性等动力学特征。在2 A/g的高电流密度下该材料显示出158 mAh/g的倍率性能,并在1 A/g的条件下经历1000个循环后仍有96%的容量保持率,表现出卓越的循环稳定性。

氮掺杂纳米氧化锌的制备及其光催化去除水中2,4,6-三氯苯酚

以尿素为氮源,用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂纳米氧化锌(N-ZnO),用FT-IR、UV-Vis、PL、XRD和XPS对NZnO的微观结构和性能进行了表征。以2,4,6-三氯苯酚(TCP)作为目标污染物,研究了N-ZnO在可见光下的催化性能。结果表明:掺杂后,N-ZnO的氧空位缺陷增多,N-ZnO光响应波长向可见光区移动,掺杂摩尔比为0.25时,NZnO的光催化性能最好(91%)。

氮掺杂氧化锌薄膜的光电特性

采用气体反应电子束蒸发法，氨气氛下在玻璃上沉积了氮掺杂氧化锌（ZnO）薄膜。AFM观察发现氨气氛下生长的氮掺杂氧化锌薄膜表面比未掺杂样品的粗糙度略高，且随氨气压的增加粗糙度也随之增加，这可能与氨气氛对ZnO生长表面的轻微腐蚀作用有关，但表面依然比较平整。XRD分析显示，（0002）衍射峰位没有发生移动，但是氮掺杂后衍射峰的线宽比未掺杂样品稍有增加，衍射峰的半峰全宽由非掺杂ZnO的0．261°增加到0．427°。氧化锌掺氮后电阻率提高了4-7个数量级，达到了降低ZnO中电子浓度的目的。

磁控溅射法制备氮掺杂的氧化锌薄膜

目的比较氮掺杂的氧化锌薄膜与纯氧化锌薄膜的发光特性。方法用射频磁控溅射法,在玻璃衬底上通过控制氩气,氧气,氮气的流量,制备了纯氧化锌薄膜和氮掺杂的氧化锌薄膜样品。结果通过比较纯氧化锌薄膜样品和氮掺杂的氧化锌薄膜样品的发光谱,在466 nm(2.6 eV)附近发现了一个发光峰;氮掺杂的氧化锌薄膜样品的带隙比纯氧化锌薄膜样品的带隙宽。结论氮掺杂的氧化锌薄膜在466 nm左右的发光峰与氮有关;带隙变宽的原因:一个是样品中的晶粒小引起的量子限制效应,另一个是压应力引起的氧化锌晶格中的氧原子的2p轨道和锌原子的4s轨道之间斥力增大。