N-Al共掺ZnO薄膜的p型传导特性

利用直流反应磁控溅射技术制得N Al共掺的p型ZnO薄膜,N2O为生长气氛.利用X射线衍射(XRD),Hall实验,X射线光电子能谱(XPS)和光学透射谱对共掺ZnO薄膜的性能进行研究.结果表明,薄膜中Al的存在显著提高了N的掺杂量,N以N Al键的形式存在.N Al共掺ZnO薄膜具有优良的p型传导特性.当Al含量为0.15wt%时,共掺ZnO薄膜的电学性能取得最优值,载流子浓度为2.52×1017cm-3,电阻率为57.3Ω·cm,Hall迁移率为0.43cm2/(V·s).N Al共掺p型ZnO薄膜具有高度c轴取向,在可见光区域透射率高达90%.

掺N纳米ZnO/TiO_2复合粉体的光催化性能

以Ti(SO4)2和Zn(NO3)2为原料,CO(NH2)2为沉淀剂,采用均匀沉淀法制备了掺N和不同质量分数ZnO掺杂的纳米TiO2复合粉体,通过XRD、XPS、TEM等进行了表征,并以甲基橙水溶液为底物,测定了其光催化性能。结果表明,掺杂产生了Ti—O—Zn和Ti—O—N键,使复合粉体的激发波段从紫外光波段扩展到可见光波段,催化活性大大提高,其中w(ZnO)=2%时,复合粉体太阳光催化性能最高,太阳光照射6 h,甲基橙降解率达到98.4%,重复使用6次后,降解率仍达到94.2%。

Gd/N共掺杂纳米TiO_2的制备及对腐殖酸的降解

研究一种利用太阳光进行光催化氧化降解腐殖酸的方法。采用溶胶-凝胶法制备Gd/N双元素共掺杂的纳米TiO2复合光催化材料,用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱(Uv-VisDRS)对光催化材料进行表征。以腐殖酸溶液为目标降解物,太阳光为光源,通过对腐殖酸的降解研究Gd/N双元素共掺杂纳米二氧化钛的光催化活性。研究结果表明:Gd/N双元素掺杂样品为锐钛型结构,颗粒平均粒径为17nm,有红移现象出现,可见光范围内光响应增强;它对腐殖酸的降解率随光强的增大而升高,随溶液pH值降低而增大;同时,钆氮共掺杂具有协同效应,当体系pH值为3.0时,适当配比的Gd/N共掺杂光催化剂样品在太阳光下对腐殖酸催化反应5h后,降解率可达85.4%。

N、S共掺TiO2光催化剂的合成及其在废水处理中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了N、S共掺TiO2光催化剂,借助X-射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等测试手段对样品进行表征,并以罗丹明B为模型污染物考察了样品光催化活性.XRD物相鉴定表明,所得TiO2催化剂为锐钛矿和金红石矿的混合型,金红石型的含量在15.2%—10.6%之间,N和S掺杂可有效抑制金红石相的生成;光催化降解实验结果表明,N、S共掺光催化剂具有良好的可见光催化活性,自然光照射10h,N、S共掺催化剂(1.0%N-0.25%S-TiO)对工业废水COD的去除率高达97.2%.

N-X共掺p型ZnO薄膜的研究进展

获得高质量稳定的p型ZnO薄膜是实现ZnO基光电器件化的关键。目前,国际上公认Ⅴ族元素中的N替代O位(NO)是实现p型ZnO较理想的掺杂途径。但p-ZnO∶N薄膜的导电性能会随着时间、光照、温度条件发生变化,稳定性不足。大量的理论和实验研究表明N基二元共掺(N-X)可以提高N在ZnO薄膜中的固溶度,浅化N的受主能级,且在很大程度上能够改善p型ZnO的导电性能,有利于获得稳定的p型ZnO薄膜。为此,从N基施主受主共掺、双受主共掺以及其它共掺方面综述了N-X共掺p型ZnO薄膜的研究现状。

Ar气保护下生长N-Al共掺杂p型ZnO晶体薄膜的方法

本发明的Ar气保护下生长N-Al共掺杂p型ZnO晶体薄膜的方法采用的是磁控溅射法，反应室真空度抽至至少4×10^-3Pa，以铝的质量分数为0．1％～0．3％的锌铝合金为靶材，以纯度99．99％以上的N2O和纯度99．99％以上的Ar作为溅射气氛，Ar的分压为气体总压强的15％～25％，将两种气体分别由气体流量计控制输入装置的缓冲室，

硼对氮掺杂的p型ZnO薄膜的影响

利用分子束外延设备在蓝宝石衬底上生长了B/N共掺的p型ZnO薄膜,对比了B/N共掺和N单掺杂样品的物理学性能。通过X射线光电子能谱测试证明了在薄膜中存在有B和B—N键。B/N共掺样品的空穴浓度比单一N掺杂样品高近两个量级。且ZnO∶(B,N)薄膜在两年多的时间内一直显示稳定的p型电导。这是由于B—N键的存在提高了N在ZnO薄膜中的固溶度,且B—N键之间强的键能和B占据Zn位所表现的弱施主特性不会带来强的施主补偿效应,说明B是N掺杂ZnO薄膜的一种良好的共掺元素。

氮、硫共掺TiO_2光催化剂的响应曲面法优化

利用响应曲面法(RSM)对溶胶-凝胶法合成N、S共掺TiO2光催化剂(N/S-TiO2)的合成工艺进行了优化,借助XRD、XPS、TEM、UV-Vis-DRS等测试手段对样品进行表征,并以甲基橙为模型污染物考察了样品的可见光催化活性。根据实验结果建立了N、S共掺TiO2降解甲基橙溶液的二次多项式数学模型,并确定N、S共掺TiO2光催化剂的最佳合成工艺为:热处理温度550℃,N和S掺杂量分别为1.0%和0.3%(原子分数),在该条件下所得N/S-TiO2具有较好的可见光催化活性,且对甲基橙溶液的实际降解率与模型预测基本一致,相对误差为4.69%。

(Al,Ga,In)和2N择优位向重共掺对ZnO导电性能影响的研究

目前,虽然Zn1-xT Mx O1-y Ny(TM=Al,Ga,In)p型掺杂的理论计算研究已有报道,但是,掺杂均是随机的,没有考虑ZnO的非对称性进行择优位向掺杂.因此,本研究采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,构建TM:N=1:2比例择优位向共掺,共设六种不同的Zn1-xT Mx O1-y Ny(TM=Al,Ga,In.x=0.03125,y=0.0625)超胞模型,并分别进行几何结构优化、态密度分布和能带结构分布的计算.结果表明,重掺杂条件下,择优位向共掺后,同类择优位向共掺的体系中,TM-N沿c轴方向成键体系的电导率大于垂直于c轴方向成键体系的电导率.不同类TM-N沿c轴方向成键共掺的体系中,In-N沿c轴方向成键共掺时ZnO的电导率最强,电离能最小,Bohr半径最大,In-N沿c轴方向成键共掺对ZnO p型导电更有利.因此,TM:N=1:2比例择优位向共掺,对设计和制备导电性能更强的ZnO功能材料具有一定的理论指导作用.

p型ZnO∶Mn-N薄膜的制备及特性研究

用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备了较高结晶质量的ZnO：Mn薄膜，继而进行N离子注入和退火处理，成功实现了ZnO薄膜的Mn—N两步法共掺杂和P型转变。利用X射线衍射（XRD）、Hall测试、分光光度计、X射线光电子能谱（XPS）等测试手段对其性能进行了分析。结果表明：所测样品均具有单一的c轴择优取向，薄膜在退火后没有检测到其它杂质相的生成；薄膜在650℃经10～30min退火时均可实现P型转变，空穴浓度可达10^16-10^17cm^-3，表明650℃可能为ZnO：Mn—N体系中N离子达到电激活成为有效受主的温度；XPS能谱证明了Mn^2＋、N^3-离子的掺入；在热退火作用下，部分间隙位N离子达到电激活通过扩散进入O空位，形成N-Zn或N-Mn键，是样品转变为P型的依据；P型ZnO：Mn—N薄膜室温下的禁带宽度为3．16eV，相对未掺杂ZnO的禁带宽度3．29eV明显减小。

In—2N高共掺浓度和择优取向对ZnO最小光学带隙和吸收光谱的影响

目前,虽然In和2N共掺对ZnO最小光学带隙和吸收光谱影响的实验研究均有报道,但是,In和2N共掺在ZnO中均是随机掺杂,没有考虑利用ZnO的单极性结构进行择优取向共掺,第一性原理的出现能够解决该问题.本文采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势(GGA+U)方法,计算了纯的ZnO单胞、择优位向高共掺In-2N原子的Zn_(1-x)In_xO_(1-y)N_y(x=0.0625—0.03125,y=0.0625—0.125)八种超胞模型的态密度分布和吸收光谱分布,计算结果表明,在相同掺杂方式、不同浓度共掺In-2N的条件下,掺杂量越增加,掺杂体系体积越增加、能量越增加,稳定性越下降、形成能越增加、掺杂越难、掺杂体系最小光学带隙越变窄、吸收光谱红移越显著.计算结果与实验结果相一致.在不同掺杂方式、相同浓度共掺In—2N的条件下,In—N沿c轴取向成键共掺与垂直于c轴取向成键共掺体系相比较,沿c轴取向成键共掺体系最小光学带隙越变窄、吸收光谱红移越显著.这对设计和制备新型光催化剂功能材料有一定的理论指导作用.

Sm-N共掺杂对锐钛矿相TiO_2的电子结构和吸收光谱影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了N,Sm分别单掺杂以及Sm-N共掺杂的锐钛矿TiO_2超胞模型,对其态密度、能带结构和吸收光谱进行了计算.结果表明:N单掺杂的锐钛矿TiO_2的红移效果最强,但Sm-N共掺杂锐钛矿TiO_2的载流子寿命更长,且共掺杂形成的体系更加稳定.

Fabrication of N,S co-doped porous carbon nanofibers as anode material for sodium-ion batteries with high performance

The N,S co-doped porous carbon nanofibers were fabricated by the carbonization of[Zn_(2)(tdc)_(2)(MA)]n MOFs/polyacrylonitrile nanofibers composite,which was produced by the electrospinning technology.The electrochemical results show that the N,S co-doped porous carbon nanofibers can achieve capacity of 201.2 mAh·g^(-1)at the current density of 0.05 A·g^(-1).Furthermore,the reversible capacity still has 161.3 mAh·g^(-1)even at a high current density of 1 A·g^(-1)after 600 cycles.The superior electrochemical performance shows that the N,S co-doped porous carbon nanofibers electrode material can be used as an ideal anode material for sodium-ion batteries.

衬底温度对磁控溅射生长HMGZO薄膜特性的影响

为适应高效Si基薄膜太阳电池对宽光谱透明导电薄膜的需求,采用磁控溅射技术生长了不同衬底温度氢化作用下Ga和Mg共掺杂ZnO（HMGZO）透明导电氧化物（TCO）薄膜。研究了不同衬底温度（200~280℃）对HMGZO薄膜结晶特性及光电特性的影响。实验结果表明,制备的HMGZO薄膜均为具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,呈现（002）晶面择优生长。随着衬底温度的升高,薄膜中Mg含量逐渐增加,并且薄膜表面新型锥状结构趋于致密和均匀化。在各元素含量和结晶质量的共同影响下,其电阻率随着温度的升高从6.70×10-4Ω·cm增加至7.63×10-4Ω·cm。所有薄膜在可见光区域（380~800nm）的透过率均在80%以上,由于载流子共振吸收的作用,近红外区域的透过率有所下降。MgO扩展带隙的作用和Burstein-Moss（BM）效应的影响共同促进了薄膜光学带隙Eg展宽,使得Eg达到了3.75eV。当衬底温度为280℃时,薄膜方块电阻为4.91Ω/sq,电阻率为7.63×10-4Ω·cm,光电性能指数ΦTC值达0.022Ω-1。