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。

钾掺杂2-苯基蒽的晶体结构和磁性研究

本文通过高真空退火制备工艺成功合成了钾掺杂2-苯基蒽分子晶体。直流磁性测量表明,合成样品在1.8~300 K温度范围内表现为类似于顺磁的磁性行为。通过居里–外斯公式、海森堡自旋链模型和平均场近似进一步对直流磁化率曲线进行拟合和计算分析发现,合成样品具有一维海森堡反铁磁链的磁性特征,且|J|/KB约为15 K。结合X-射线衍射和第一性原理的计算结果发现,钾原子与2-苯基蒽分子按照1:1的比例在P1空间群下形成了新的晶体结构。电子结构计算和拉曼光谱的研究表明,磁矩是由K-4s电子转移到2-苯基蒽的π-分子轨道上形成的。磁性计算结果表明,沿着c轴方向层间分子磁矩之间具有较强的反铁磁相互作用,而层内分子磁矩之间的磁相互作用很弱,这是一维反铁磁性的形成原因。

钾掺杂2-苯基喹啉的晶体结构和磁性研究

本文采用恒温加热超声与低温高真空退火的两步制备工艺法成功合成了钾掺杂2-苯基喹啉分子晶体。直流和交流的磁性测量结果表明,掺杂晶体具有居里温度约为50.0 K的弱铁磁性。结合XRD测试和第一性原理计算结果发现,掺杂晶体属于P1空间对称群,且钾原子和2-苯基喹啉分子的摩尔比为1:1。电子结构的计算和拉曼光谱的研究表明,K-4s电子转移到了C-2p轨道上并形成了局域磁矩,晶胞中ab平面内相邻分子磁矩之间具有非共线的反铁磁排列,沿着c轴方向上层间相邻分子磁矩之间为铁磁排列,每个晶胞具有0.004 μB的净磁矩,由此导致了弱铁磁性的形成。本文的研究结果为开发和设计基于芳香烃的高温有机分子磁体提供了一条重要的线索和思路。

钾掺杂对三联苯的超导特性探寻

新型超导材料的设计合成及其超导机理的探索是目前凝聚态物理学领域的重要研究方向.本文采用高真空热烧结方法制备了钾掺杂对三联苯粉末材料并表征了它们的晶体结构、分子振动、磁学及超导特性.X射线衍射图谱和拉曼光谱表明在烧结样品中除存在钾掺杂对三联苯和KH外,还含有苯环重组的C_(60)和石墨成分.拉曼光谱中部分峰位的红移进一步证实钾成功掺入对三联苯分子晶体中并将4 s电子转移到C原子上.零场冷却磁性测量结果表明:多数样品在整个温度测量区间表现为居里顺磁性,但少数样品呈现出抗磁性,而且在17.86,10.00和6.42 K三个温度点出现磁化率突降的反常行为,其中17.86 K处的突降很可能源于钾掺杂C60引起的超导转变,而后两者可能与钾掺杂对三联苯导致的超导相关.研究结果有助于理解金属掺杂芳香烃有机超导体这一新兴超导家族的晶体生长和物理特性,同时也提供了一种低温制备C_(60)和石墨的新方法.

钾掺杂三维有序大孔结构Mn_(0.5)Ce_(0.5)O_δ催化剂合成及其催化燃烧炭烟性能（英文）

柴油发动机是一种高效耐用的发动机,具有广阔的应用前景.但柴油车尾气中的炭烟颗粒吸附了许多有毒有害物质,也是城市PM2.5的主要来源之一,对人类生命安全造成极大威胁.因此,降低和消除柴油车尾气中的炭烟颗粒是柴油车尾气净化的重要任务.尾气后处理是炭烟颗粒进入大气环境前的最后一道程序,可有效控制柴油车尾气中炭烟颗粒排放.其中,催化净化催化剂是尾气后处理技术的核心.研究表明,炭烟颗粒催化燃烧是一个气-固-固三相深度氧化反应,因此开发新型催化剂体系,改善催化剂与炭烟颗粒的接触,提高催化剂的本征活性,对于研制高活性炭烟燃烧催化剂具有重要的实际意义.对于三维有序大孔(3DOM)结构催化剂,大孔有利于炭烟颗粒进入催化剂内部并与活性位点接触,而有序的孔道结构可以促进炭烟颗粒在催化剂孔道内传输.因此,将催化炭烟颗粒燃烧催化剂设计成3DOM结构,可促进炭烟颗粒催化燃烧,提高催化剂活性.研究表明,锰铈复合氧化物材料在炭烟颗粒催化燃烧中表现出比单一的锰氧化物和铈氧化物更好的性能.而将K与Ce和Mn形成复合氧化物,利用三者之间的协同作用,将可使K掺杂3DOM结构Mn0.5Ce0.5Oδ催化剂具有更高的催化活性.本文利用胶体晶体模板法成功制备了3DOM结构的Mn0.5Ce0.5Oδ复合氧化物,并采用简单的等体积浸渍方法成功制备了不同K担载量的K掺杂3DOM结构Mn0.5Ce0.5Oδ催化剂(K-MCO).表征结果表明,K-MCO催化剂具有贯通有序的大孔结构,但焙烧温度和焙烧时间会对大孔结构的规整性有一定影响;催化剂中K含量、焙烧温度和焙烧时间对K-MCO的晶型影响较大,催化剂中出现了一个新的晶相K2Mn4O8.另外,K含量、焙烧温度和焙烧时间对催化剂的氧化还原性能也有较大影响.评价结果表明,所制催化剂对炭烟催化燃烧均具有较高活性,其中20%K-MCO-4h催化剂活性最高,催化燃烧炭烟的T50(炭烟的最大燃烧峰值)为331 oC,CO2选择性为95.3%.催化剂的大孔结构效应以及K,Mn和Ce三者间的协同作用有利于提高催化剂催化燃烧炭烟的活性.另外,由于柴油车尾气排气口温度范围为175–400℃,而本文所制催化剂催化燃烧炭烟的温度低于400 oC,因此该催化剂可以在柴油车尾气排气口温度范围内进行炭烟催化燃烧.由于具有合成步骤简单、活性高以及成本低等优点,该催化剂在实际应用方面具有广阔前景.

利用正电子湮没技术研究钾掺杂钨合金中的缺陷

钨合金中钾的掺杂会引入大量的缺陷,如尺寸几十纳米的钾泡、高密度的位错以及微米量级的晶粒带来的晶界等,这些缺陷的浓度和分布直接影响合金的服役性能.本文运用正电子湮没谱学方法研究钾掺杂钨合金中的缺陷信息,首先模拟计算了合金中各种缺陷的正电子湮没寿命,发现钾的嵌入对空位团、位错、晶界等缺陷的寿命影响很小;然后测量了不同钾含量掺杂钨合金样品的正电子湮没寿命谱,建立三态捕获模型,发现样品中有高的位错密度和低的空位团簇浓度,验证了钾对位错的钉扎作用,阐述了在钾泡形成初期是钾元素与空位团簇结合并逐渐长大的过程;最后使用慢正电子多普勒展宽谱技术表征了样品中缺陷随深度的均匀分布和大量存在,通过扩散长度的比较肯定了钾泡、晶界等缺陷的存在.

钾掺杂9-甲基蒽的晶体结构和磁性研究

采用恒温超声和低温退火两步法成功地合成了钾掺杂9-甲基蒽的分子晶体。直流磁化率测量结果表明合成的样品在1.8~300 K温度范围内表现为居里–外斯行为,且每个分子具有0.2~0.3 μB的磁矩。结合X-射线衍射和第一性原理计算结果发现,掺杂材料的晶体结构具有P21空间群,且钾和9-甲基蒽的摩尔比为1:1。电子结构计算和拉曼光谱测试表明局域磁矩的产生是由于钾将4s电子转移到了碳的2p轨道上。该研究工作对碱金属掺杂有机分子晶体的合成和理解其物理特性具有重要的借鉴作用。

钾掺杂三(二苯甲酰甲基)铁的超顺磁性

本研究通过高真空退火法制备了钾掺杂三(二苯甲酰甲基)铁分子晶体的粉末样品. X-射线衍射测试结果表明,合成样品与纯三(二苯甲酰甲基)铁的晶体结构明显不同,平均晶粒尺寸约为20.5 nm.直流磁化率和交流磁化率的测试结果表明,合成的样品具有阻塞温度(TB)约为8.0 K的超顺磁性,这与纯有机物在1.8—300 K整个测试温区的顺磁性存在本质的差异.根据拉曼光谱测试结果可以确认,掺杂材料中钾的4 s电子转移到了三(二苯甲酰甲基)铁的苯环上,引起了拉曼模式的红移,同时电荷转移也导致苯环上局域磁矩的形成.本研究工作对碱金属掺杂芳香烃分子晶体的合成和物性研究具有重要的意义,并为寻找新型的有机铁磁体提供了一条新的途径.

钾掺杂对柔性CZTSSe薄膜及其太阳电池性能的影响

本文采用磁控溅射加后续硒化的方法制备柔性CZTSSe薄膜,通过向硒化气氛中引入钾元素实现了钾的有效掺杂。研究了钾掺杂量对柔性CZTSSe薄膜和电池性能的影响。X射线衍射和Raman结果表明适量掺入钾元素可以显著提高CZTSSe薄膜的(112)择优取向,增大晶粒尺寸,但钾元素掺杂量过高时又会使晶粒尺寸变小降低薄膜结晶性。另外钾元素的掺入也会改变CZTSSe/Cd S间能带匹配情况,少量的钾元素掺杂对CZTSSe/Cd S间导带失调值(CBO)影响不大,过量掺入钾元素则会明显增大CZTSSe/Cd S间的CBO绝对值,进而降低柔性CZTSSe太阳电池转换效率。发现钾元素掺杂量为1. 0μmol时,所制备的柔性CZTSSe薄膜平均晶粒尺寸超过1μm,且具有很强的(112)择优取向;制作的CZTSSe/Cd S具有最佳的CBO数值,相应柔性太阳电池的最高值转换效率为3. 06%。

钾掺杂4-苄基联苯分子晶体的合成与磁性研究

本文使用恒温超声处理和低温退火两步法合成了钾掺杂4-苄基联苯分子晶体,并对其磁学特性进行了研究。磁化强度–磁场曲线的测试结果表明样品在低于200 K的温度条件下表现铁磁性,磁化率测试和X射线衍射测试则表明样品是一种纳米磁体材料,晶粒尺寸约为25 nm。拉曼光谱的红移现象证实了钾将4s电子转移到4-苄基联苯分子上,而且电荷的转移是形成局域磁矩的重要原因。本工作对于碱金属掺杂有机芳香烃分子的合成制备以及磁性研究具有重要的借鉴作用。

钾掺杂单壁碳纳米管吸附CO_2气体的Monte Carlo模拟研究

减少化工企业对大气层的二氧化碳(CO_2)排放量以避免温室效应仍然是当前环境保护的重要任务之一.为促进研发储存和分离CO_2的纳米材料,采用巨正则蒙特卡洛(Monte Carlo)方法模拟了温度为300K时一系列压强下CO_2气体在不同类型的钾掺杂单壁碳纳米管中的吸附情况.结果表明:碱金属钾的掺杂可以在一定条件下显著提高碳纳米管对CO_2气体的吸附能力.由等温吸附曲线和吸附热曲线可知,多数情况下钾原子的掺杂量越大、钾原子嵌入管壁越深,则吸附能力越强.然而必须注意,某一压强下钾掺杂碳纳米管对CO_2气体的吸附量不仅受纳米管和气体分子之间的作用力强度的影响,还取决于吸附空间的大小;特定压强下的吸附量是这两种因素综合作用的结果.

钾掺杂g-C_(3)N_(4)薄膜光阳极的制备及光电催化氧化降解水中双氯芬酸钠性能

兼具高光学质量和电化学性能的薄膜光电极难以制备,限制了光电催化氧化技术在水处理中的的应用.本文采用原位煅烧法制备了负载在氧化铟锡(ITO)玻璃上的石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))薄膜电极,并通过掺杂K^(+)提高其光电催化氧化性能;对电极进行了表征,研究了其光电催化氧化降解水中双氯芬酸钠(DCF)的效率及降解路径.结果表明,原位煅烧法能制备出高质量的K^(+)/g-C_(3)N_(4)薄膜光电极,K+的掺杂并未明显改变电极上g-C_(3)N_(4)的晶型、价态和多孔形貌,但可以提高ITO玻璃上g-C_(3)N_(4)的负载量,增强电极对可见光的响应;K^(+)的最佳掺杂浓度为0.002 mol/L,K^(+)/g-C_(3)N_(4)薄膜电极光电催化氧化降解DCF的速率常数是纯g-C_(3)N_(4)薄膜电极的1.86倍;当初始pH值为4,电压为1 V,光源强度为0.96 W/cm^(2),反应2 h后水中DCF降解率达到70%.K^(+)/g-C_(3)N_(4)薄膜电极光电催化氧化过程中,光催化氧化和电化学氧化之间存在协同作用,两者相互增强,并提高了反应过程中光生空穴(h^(+))和羟基自由基(·OH)浓度,在这两种活性物质作用下,水中DCF分别被h+氧化生成咔唑衍生物、与·OH发生加成反应生成多羟基芳香化合物,最后开环生成小分子物质.

钾掺杂钨合金中气相热充氘的热脱附行为

钾(K)掺杂钨(W)合金已经表现了优异的高温力学性能,成为最有希望的PFMs备选材料之一。为评估氢同位素在W-K合金中的滞留情况,采用放电等离子烧结技术(SPS),制备了纯W及K含量82μg/g的W-K合金,通过气相热充法引入氘(D)元素,考察热脱附行为。研究表明,气相热充氘释放温区从600K延伸至1200K,掺杂K后,D脱附活化能从0.86 eV下降到0.68 eV;纯W样品D滞留量在1×10^(-6)(原子比)左右,掺杂K后有所提高,但依然大大优于商用ITER级纯W。

钾离子掺杂对石墨型氮化碳光催化剂能带结构及光催化性能的影响

以双氰胺和氢氧化钾为原料制备了能带可控的钾离子掺杂石墨型氮化碳(g-C3N4)光催化剂,并与碱处理的g-C3N4及g-C3N4/KOH复合催化剂进行了对比.采用X射线衍射(XRD)光谱、紫外-可见(UV-Vis)光谱、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、N2吸附、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、荧光(PL)光谱、X光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,钾离子含量对氮化碳催化剂的价带及导带位置有显著影响.此外,钾离子的引入抑制了氮化碳晶粒的生长,提高了氮化碳的比表面积以及对可见光的吸收,降低了光生电子-空穴对的复合几率.以染料罗丹明B的降解为探针反应系统研究了钾离子掺杂对g-C3N4在可见光下催化性能的影响,研究了光催化反应机理.结果表明,钾离子掺杂后氮化碳的光催化性能显著提高.制备的钾离子掺杂氮化碳催化剂表现出良好的结构及催化稳定性.

能级可调的钾离子掺杂石墨相氮化碳的可控制备及“双渠道”光催化合成过氧化氢性能

采用共聚合法制备了能级可控的碱金属K^+掺杂石墨相氮化碳(g-C_3N_4)催化剂,考察了催化剂光催化制取过氧化氢的性能.采用X射线多晶粉末衍射(XRD)、N_2吸附-脱附等温线、场发射扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、光致发光光谱(PL)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学阻抗谱(EIS)等手段对催化剂进行了表征.结果表明,K^+掺入g-C_3N_4的晶格间隙,并且对催化剂的比表面积、可见光吸收能力及电子-空穴分离效率产生显著影响;通过控制K^+掺杂量可以调控g-C_3N_4催化剂的能级位置,从而使光催化合成过氧化氢反应从"单渠道"变成"双渠道",显著提高了过氧化氢的平衡浓度.

镧钾离子掺杂对0.85PZN-0.10BT-0.05PT陶瓷相结构和介电性能的影响

对 0 8 5PZN— 0 10BT— 0 0 5PT弛豫铁电陶瓷进行施主和受主掺杂 ,并用二次合成法制备出镧钾离子共掺的PZN基复相陶瓷 ,研究了镧、钾离子对陶瓷的相结构和介电性能的影响。结果表明 ,施主掺杂镧产生有利于焦绿石相生成的富Nb区 ,并导致材料的介电常数降低 ;受主掺杂钾引起的电荷不平衡可以通过产生氧空位得到补偿 ;镧、钾离子掺杂均可使居里温度向低温方向移动 ,并提高材料的温度稳定性 ;镧钾离子共掺会使其各自独立掺杂引起的电荷不平衡得到抵消 ,消除陶瓷中的焦绿石相 。

钾离子掺杂g-C_3N_4催化剂的制备及其性能研究

以硫脲为前驱体,KNO3为掺杂剂,用热聚合法制备了不同钾离子掺杂量的石墨相氮化碳可见光催化剂。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外变换光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射(UV-VisDRS)和荧光分光光度计(PL)等分析手段对催化剂的结构和性质进行了一系列表征,并将催化剂在可见光下对亚甲基蓝有机染料水溶液进行光催化降解。结果表明,钾离子的引入没有改变g-C_3N_4的本体结构,钾离子掺杂的系列催化剂吸收边带发生明显的红移现象。实验结果表明,K0.3-C_3N_42 h内对亚甲基蓝的降解率达到94%,表现出最佳的光催化活性;对催化剂进行4次重复性实验后,降解率仍然达到80%左右。

钾离子掺杂提高锂离子电池正极锰酸锂性能的微观机制

改善尖晶石锰酸锂的大倍率性能是目前锂离子电池的重点研究方向之一。本研究用高温固相法合成掺K^(+)的尖晶石锰酸锂,研究K^(+)提高锰酸锂倍率性能的微观机制。结果表明,尽管随着电流密度增大,电极的放电比容量下降,但掺K^(+)提高材料的大倍率性能效果显著,如最佳掺K^(+)量(物质的量分数)1.0%时,在10C (1C=150 mA·g^(-1))下比容量提高了一倍,远高于0.5C下的1.9%。原因在于掺K^(+)后,首先,锰酸锂的晶胞体积扩大,Li–O键变长,Li、Mn阳离子混排程度降低,载流子(Mn^(3+))量增多;其次,电极极化和电荷迁移阻抗降低,提高了材料的充放电可逆性、导电性及锂离子扩散能力;再者,[Mn_(2)]O_(4)骨架更稳定,减小了电化学过程中内应力变化,抑制了晶体结构变化和颗粒破碎;最后,钾离子掺杂使制备过程中材料团聚,从而减小电解液与电极的接触面积,减轻电解液的侵蚀,抑制锰的溶解。

碳纳米管的K掺杂

对碳纳米管掺杂特性的了解是控制其价电子的关键。研究发现 :单壁碳纳米管进行K掺杂后 ,其电阻率和转折温度T (高于此温度后 ,dρ/dT的符号由负变为正 )都会变小 ;其电阻会随着掺杂浓度的升高而单调下降 ,直至饱和。文章还对半导体和金属单壁碳纳米管的K掺杂行为通过光吸收谱进行了研究 。

掺杂化合物K_3C_(60)晶体的结合能

利用点电荷模型，考虑各离子间的短程相互作用，计算了K3C60晶体中各离子和原胞的结合能，求得晶格常数a＝14．51，体积弹性模量B＝26．23GPa，与实验测量值相符;另外八面体空隙中钾离子的结合能很小，仅有0．17eV，在3种离子中是最不稳定的。