贵金属修饰型TiO_2的催化活性及Fermi能级对其光催化性能的影响

采用自制纳米TiO_2粉末，以磷酸铝为粘结剂，制备了负载型TiO_2光催化剂。将Ag，Pt或Pd 3种金属的盐溶液滴涂在负载TiO_2的表面，从而得到修饰型负载光催化剂(M／TiO_2)。通过甲基橙溶液降解实验研究了贵金属的掺杂种类和含量对TiO_2光催化性能的影响。实验结果表明：适量掺杂Ag，Pt或Pd 3种金属粒子均可提高TiO_2的光催化活性，且3种金属粒子的最佳掺杂质量分数分别为0.5％，1.0％和1.0％。在最佳掺杂量时，Ag／TiO_2[ω(Ag)=0.5％]的光催化活性要高于Pt／TiO_2[ω(Pt)=1.0％]或Pd／TiO_2[ω(Pd)=1.0％]。另外，通过金属一半导体接触理论阐述了M／TiO_2的光催化机理，并通过Ag，Pt，Pd金属的Fermi能级的不同，解释了Ag／TiO_2，Pt／TiO_2和Pd／TiO_2 3种光催化剂催化性能的差别。

金钯二元小团簇的几何结构与电子性质

在UBP86/LANL2DZ和UB3LYP/def2-TZVP水平下详细研究了AumPdn(m+n≤6)团簇的几何结构和电子性质.阐明了团簇的结构特征、平均结合能、垂直电离势、垂直电子亲和能、电荷转移以及成键特征.除单取代混合团簇(AunPd和AuPdn,n=5或6)外,五和六原子混合团簇中钯原子趋于聚集到一起形成Pdcore,金原子分布在Pdcore周围形成PdcoreAushell结构.含一个和两个钯原子团簇的电子性质与纯金团簇类似,呈现一定奇偶振荡.混合团簇的电子性质,如最高占据分子轨道(HOMO),最低未占据分子轨道(LUMO),垂直电离势,垂直电子亲和能,Fermi能级和化学硬度等均与团簇空间结构和金、钯原子数之比直接相关.混合团簇中存在钯原子到金原子间的电荷转移,表明团簇中存在明显金钯间成键作用.分析团簇的电荷分布、前线轨道和化学硬度表明,金钯混合团簇对小分子如O2、H2和CO等的反应活性要强于纯金团簇.

确定VCSEL电势及载流子自洽分布算法的研究

分别使用准Fermi能级和pn结模型决定VCSEL的有源层压降 ,建立了两种自洽确定VCSEL中电势及载流子分布的方法 .针对电极电压变化和氧化层限制孔径变化的两种情况 ,在阈值附近对器件中的结电压分布、载流子浓度分布和注入有源层电流密度分布进行了计算 ;针对两者所得结果的差异进行了简要的分析 ,指出了二者的特点及适用范围 .

电化学催化的密度泛函研究

围绕电化学催化问题,综述了密度泛函理论研究电极电势、电催化剂结构与物种的吸附脱附、电子转移以及电催化剂活性、稳定性的关系.电极电势与金属催化剂d带中心影响着电极表面物种的形成、吸附和脱附,通过催化剂合金化或表面修饰、载体-催化剂相互作用可实现催化剂d带中心的调控,寻找最优吸附强度的催化剂,以期提高催化活性;通过电极电势与催化剂的HOMO能级的调控,实现与电子受体物质LUMO能级的匹配,达到促进或抑制催化剂与电子受体物质之间电子转移的快慢.

银掺杂TiO_2纳米管电子结构及光谱特性研究

用密度泛函理论(DFT),采用平面波超软赝势(PWPP)方法,模拟计算了Ag掺杂金红石TiO2对能隙、Fermi能级的影响,探讨其电子结构及光谱特性的变化.Ag掺杂使Fermi能级移入价带,带隙变窄,原因在于价带的上方引入了独立的杂质能级,使其带隙Eg减小了0.89eV.由于Ag的掺杂,光生电子由Fermi能级较高的TiO2纳米管表面转移至Fermi能级低的金属Ag内.紫外-可见光谱分析表明,由于Ag掺杂,TiO2对光的吸收发生红移39nm,其表观带隙变窄,证明在导带与价带之间存在杂质能级.XPS分析表明,—OH能够增强TiO2纳米管表面的酸活性点,有助于光催化氧化能力的提高.

反应动力学理论和n型金属氧化物E_F的变化范围

首先,提出了一种用化学反应动力学来研究半导体点缺陷浓度统计分布的理论;其次,用这个理论来研究了有2次施主能级的n型金属氧化物费米能级EF,给出EF的下限EFm为Ed2-RTln2;第三,用泊松方程的解和电中性方程来估算费米能级,得出EF的上限EFM为Ed1-RTln2.

InGaN太阳能电池材料电学与光学性质的辐射研究

研究表明,In1-xGaxN合金材料的能隙能连续地从0.7 eV改变到3.4 eV,使得该材料有可能成为太阳能全光谱材料系.研究发现这些合金材料的电学特性表现出用高能质子(2 MeV)照射比当前常用的太阳能光伏材料如GaAs和GaInP有更高的电阻,因此,给受到强辐射的太阳能电池提供了巨大的应用潜力.实验观察到这种材料对辐照损伤具有不敏感的特征,该特征可用带边局域的平均振荡结合缺陷能给予解释.该缺陷能用In1-xGaxN合金的Fermi能级的稳态能描述.

InGaN太阳能电池材料的辐射性质

对采用分子束外延生长的In1-xGaxN薄膜与金属有机化学气相沉积生长的GaAs和Ga0.51In0.49P薄膜太阳能电池材料进行了对比研究,探讨了全太阳光谱材料系In1-xGaxN合金薄膜受到高能粒子辐射后的电学特性变化规律。实验结果显示:GaAs和Ga0.51In0.49P的光致发光信号强度受到照射的强烈压制,而受到类似剂量照射后InN的光致发光信号强度没有下降;In1-xGaxN合金薄膜材料的电学特性表现出用高能质子(2MeV)照射比当前常用的GaAs和GaInP光伏材料有更高的电阻。这表明,In1-xGaxN对高能粒子损伤没有GaAs和GaInP那么敏感,从而给空间受到强辐射的高效太阳能电池提供了巨大的应用潜力。

团簇Ti_3B_2催化活性的研究

基于密度泛函理论在B3LYP/Lanl2dz水平下的团簇Ti_3B_2的优化构型,对其从HOMO、LUMO轨道贡献、能隙差值以及Fermi能级图等方面来研究其催化活性位点、化学反应活性及催化活性。结果表明:在团簇Ti_3B_2中,Ti原子在HOMO和LUMO轨道贡献率总和均大于50%,为团簇Ti_3B_2的潜在活性位点,构型1(1)的能隙差值最小(EGAP=0.054 a.u),反应活性最强;构型1(1)容易接受丰富的电子,进而参与催化过程;构型4(1)容易提供大量的电子,且具有良好的催化活性。

表面S钝化技术与金属/GaAs界面异质结构

本文详细讨论了GaAs表面S钝化技术的发展过程,总结了近年来人们对S钝化技术的研究成果,并针对该技术在金属/GaAs异质结构领域的广泛应用前景进行了讨论。

反应动力学理论和N型金属氧化物点缺陷的统计分布

提出了用反应动力学理论来研究半导体点缺陷的统计分布的理论 .给出了 N型半导体施主分布的 Fermi公式 ,N型金属氧化物氧空位 Vo×,Vo+ ,Vo+ + 的浓度公式和吸附氧负离子浓度 [O2 - ],[O- ]的公式 .提出一种用来研究有两次电离过程的 N型金属氧化物 Fermi能级变化范围的方法 ,给出 Ed 2 - k Tln2 <EF<Ed1 - k Tlngd1 的结果 .讨论了在气敏晶体表面 O- 的产生问题 ,给出 O- 不可能在完整晶体表面产生的结论 .

团簇Co3NiB2催化性质研究

以团簇Co3NiB2模型为基础,在B3LYP/Lanl2dz水平下利用密度泛函理论方法对其自旋多重度为二、四的初始构型进行优化,最终得到12种优化构型。分析团簇不同原子对前线HOMO、LUMO轨道的贡献及各优化构型的态密度图,发现团簇不同原子对前线HOMO、LUMO轨道均有不同程度的贡献,其中Co原子对HOMO和LUMO均起到了主导作用,说明Co原子最有可能成为团簇潜在的催化活性位点;构型5(2)的能隙差最小,说明其具有较好的反应活性;团簇Co3NiB2作为催化剂在参与化学反应时提供电子的能力较强,但其接受电子的能力也不容忽视,说明团簇Co3NiB2具有优良的催化活性。

团簇Ni_3CoP催化性质的前线轨道研究

以团簇Ni_3CoP为模型,从前线轨道的角度对非晶态合金Ni-Co-P的催化性质进行研究。发现团簇Ni_3CoP各构型中不同原子对其前线轨道均有不同程度的贡献,且Ni原子的贡献最大,说明Ni原子最有可能作为团簇Ni_3CoP潜在的催化准活性位点;分析各构型的能隙差,发现团簇Ni_3CoP中唯一的戴帽三角锥型5(1)的能隙差最小,在化学反应中可能具有较强的反应活性;分析团簇Ni_3CoP各构型的态密度图,发现团簇Ni_3CoP作为催化剂在催化反应过程中具有较强的提供电子的能力,但同时其接受电子的能力也不能忽视,说明团簇Ni_3CoP是十分优良的催化剂。

Au5~25 Pd团簇结构与性质的理论研究

用basin-hopping算法结合密度泛函PBE方法系统搜索了Au5-25 Pd团簇的全局稳定结构,并对团簇几何结构,稳定性,Fermi能级,化学硬度和前线轨道进行了分析。计算结果表明,Au5 Pd,Au7 Pd和Au11 Pd团簇为平面结构,其他团簇均为立体结构,与相同原子数纯金团簇结构类似。所有团簇中,Pd原子均位于配位数较高位置。团簇平均结合能随金原子数增大而逐渐增大,并有收敛到某点的趋势。偶数金原子团簇较相邻的奇数金原子团簇稳定。团簇的Fermi能级随团簇增大呈奇偶振荡,偶数金原子团簇的Fermi能级较相邻奇数金原子团簇的低,与金团簇Fermi能级变化类似。 Au7 Pd,Au12 Pd,Au16 Pd和Au18 Pd团簇化学活性较高。 Au5-19 Pd团簇中Pd原子优先与CO,烯烃,炔烃等分子形成配位键。 CO等小分子仍然吸附到Au20-25 Pd团簇的顶点或面中心的金原子。

Fe-Mn-Si基形状记忆合金中FCC相的电子结构与稳定性

利用基于第一原理的离散变分法研究了Fe-Mn-Si合金的电子结构与FCC相稳定性的关系.Si元素使Fe原子的d带空穴数减少,而Mn的影响较复杂.以此为基础,从电子浓度的角度解释了这两种元素对合金层错能的影响,并结合对合金结合能的计算结果——Si降低合金的结合能而Mn的作用相反,阐述了Mn降低而Si升高马氏体相变温度的物理原因.在不同方向上施加应力时,合金的电子结构发生变化,Fermi能级处的总态密度有明显提高.从Fermi能级附近的能谱变化可看出,应变使能隙减小,能级的简并性提高.在同一方向上施以不同的应变,中心原子的3d和4s轨道上的电子数减少,3d局域态密度变窄,且峰值增加.对比电子密度的变化,在应力方向上的成键轨道有减弱的趋势,而在垂直于应力的方向上出现增强,导致FCC结构的稳定性降低.这是外场(应力)作用下合金的马氏体相变温度提高的重要原因.

绝缘体中金属离子注入合成纳米颗粒的理论研究

理论上提出了利用离散电子态来计算绝缘体中金属纳米颗粒Fermi能级的方法,给出了金属纳米颗粒的能级结构,并得到了依据金属纳米颗粒等离子体共振峰计算金属纳米颗粒尺寸的新公式.该理论可解释相关现象,通过实验初步验证了该理论的正确性.