退火对Mn和N共掺杂的Zn_(0.88)Mn_(0.12)O:N薄膜特性的影响

以NH3为掺N源,采用电子束反应蒸发技术生长了Mn和N共掺杂的Zn1-xMnxO:N薄膜,生长温度为300℃,然后在O2气氛中400℃退火0.5h.X射线衍射测量表明,Zn0.88Mn0.12O(Mn掺杂)薄膜或Zn0.88Mn0.12O:N(Mn和N共掺杂)薄膜仍具有单一晶相纤锌矿结构,未检测到杂质相.与不掺N的Zn0.88Mn0.12O薄膜相比,Zn0.88Mn0.12O:N薄膜的(002)晶面衍射峰向小角度方向偏移且半高宽变宽.Hall效应测量结果显示,Zn0.88Mn0.12O:N薄膜由退火前的n型导电转变为退火后的p型导电.室温磁特性测量结果表明,虽然原生Zn0.88Mn0.12O:N薄膜呈铁磁性,但其饱和磁化强度Ms折算到每个Mn2+仅为约0.20μB,且稳定性不理想,在大气中放置30d后Ms降低到原来的3%左右.退火处理不仅使Zn0.88Mn0.12O:N薄膜的室温Ms增大到每个Mn2+约为0.70μB,且在大气中放置30d后其Ms几乎不变.分析了Zn0.88Mn0.12O:N薄膜的铁磁性起源及退火导致其铁磁性增强并稳定的机理.

Mn,N共掺杂对锐钛矿相TiO2微观结构和性能的影响

采用第一性原理平面波超软赝势方法,系统研究了Mn,N共掺杂对锐钛矿相TiO2的晶体结构、缺陷形成能、电子结构、光学性质以及氧化还原能力的影响.研究表明:Mn,N共掺杂锐钛矿相TiO2后,TiO2晶格发生了畸变,导致晶体八面体偶极矩增加,有利于光生电子-空穴对的有效分离;在TiO2带隙中出现了杂质能级,使锐钛矿相TiO2的光学吸收带边红移,可见光区的吸收系数明显增大,有利于光催化效率的提高;在不考虑杂质能级的情况下,与纯TiO2相比,Mn,N共掺杂锐钛矿相TiO2带边的氧化还原势只有微小的变化.这些结果很好地解释了Mn,N共掺杂TiO2在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.