单原子催化剂Ir_1/MoS_2表面上NH_3吸附理论研究

采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,对单原子催化剂Ir在MoS_2表面的fcc、hcp两个吸附位和NH_3在单原子催化剂Ir_1/MoS_2上的四个吸附位的6种吸附模型进行了构型优化和能量计算,得到了Ir原子最稳定的吸附位以及NH_3的优势吸附位;并对最佳吸附位进行了电荷密度差和态密度分析.结果表明:Ir_1/MoS_2体系最稳定的是Ir原子在MoS_2的三重空位(hcp);NH_3的优势吸附构型为倾斜结构(atop),NH_3与体系表面成键,属于化学吸附;NH_3与体系Ir_1/MoS_2的吸附成键主要是通过3a_1轨道与Ir原子的5S、5d_(yz)轨道相互杂化产生的.     

界面掺杂Au/SrTiO3（001）/Au的电子传输

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究了Au/SrTiO3(001)/Au异质结界面Y、Zr、Nb和Mo元素置换掺杂与电子传输相互作用的微观机制.通过分析各通道原子的电荷差分密度以及投影态密度,发现Au/SrTiO3(001)/Au中导电通道的开关状态对于不同界面掺杂金属元素差异明显.当Y和Zr分别置换界面层Ti(1)原子时,尽管界面电子态有局域化现象,但并没有改变理想界面模型导电通道的关闭状态;当Nb、Mo分别置换界面层Ti(1)原子时,电子掺杂效应使原来理想界面模型的导电通道从关闭状态转变为开放状态,从而提高了异质结界面体系的导电性能.     

金属Pd掺杂对MoS_2/Si异质薄膜微结构和光伏性能的影响

采用直流磁控溅射技术,在Si表面沉积了Pd掺杂MoS_2(Pd:MoS_2)薄膜,形成了Pd:MoS_2/Si异质薄膜太阳能电池器件,并综合利用拉曼光谱、紫外-可见光谱、紫外光电子能谱和伏安曲线测量等技术分析了Pd掺杂浓度(x%)对MoS_2薄膜微结构及Pd:MoS_2/Si异质薄膜器件光伏性能的影响。拉曼光谱结果表明,Pd掺杂明显改变了MoS_2薄膜中A_(1g) 晶格振动,而几乎不影响E_(2g)~1晶格振动。在模拟太阳光照射条件下,伏安性能测试结果显示:随着Pd掺杂浓度的增加,Pd:MoS_2/Si异质薄膜器件的光伏性能显著增强;当x=1时,器件表现出最佳的光伏效果,转化效率达到4.6%;继续增加Pd掺杂浓度,器件的光伏性能则逐渐减弱。进一步通过紫外-可见光光谱和紫外光电子能谱分析,构建了Pd:MoS_2/Si界面能带结构,阐释了Pd掺杂对器件光伏性能的影响机制。     

磁控溅射制备MoS_2/C复合薄膜及其结构表征

采用单靶与双靶磁控共溅射技术,在非晶态石英玻璃基底上分别沉积生长了MoS_2薄膜及MoS_2/C复合薄膜.利用X射线衍射、拉曼光谱检测技术对MoS_2薄膜和MoS_2/C复合薄膜材料的结构进行表征,探讨了退火处理前后薄膜结构的变化.结果表明,通过脉冲和射频双靶共溅射制备的MoS_2/C复合薄膜,碳原子对二硫化钼的空隙进行了填充,经过400℃真空退火20分钟,获得了结晶度较好的MoS_2/C复合薄膜材料.     

薄膜厚度对La0.8Sr0.2MnO3/TiO2PN结整流特性的影响

采用磁控溅射法制备了La0.8Sr0.2MnO3(100nm;50nm;17nm)TiO2(70nm)异质PN结,并对其进行电学性能研究.结果显示样品均表现出很好的整流特性.并且在La0.8Sr0.2MnO3/TiO2异质PN结中,当LSMO膜厚较薄时,由于LSMO薄膜与衬底之间的较高的应力局限了载流子浓度,导致扩散电压减小.变温电流电压特性曲线显示随着测量温度的降低,扩散电压增大,这可能由于随着测量温度的变化导致界面电子结构的变化.值得提出的,异质PN结结电阻随温度变化曲线表现出单层LSMO具有的金属绝缘相变特性,并且在低温测量时,结电阻随着测量温度的降低而增大,这可能是由于宽带隙的TiO2的引入造成的.     

烷烃链分子电荷迁移机理的理论研究

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311+G*基组水平上以两类饱和烷烃分子链体系为研究对象:CnH2n+1OH(n=10,12,14,16,18)和C12H25X(X=Cl,OH,NH2),讨论了烷烃链分子中末端官能团、分子链链长对分子电子结构的影响以及电荷迁移机理.计算结果表明:末端官能团对分子电子结构影响较大,分子链链长对分子电子结构影响则相对较小,而饱和烷烃链分子的电荷迁移属于空穴传输机理,而不是电子传输机理.     

沉积顺序对La0.8Sr0.2MnO3/TiO2异质PN结整流特性的影响

采用磁控溅射法在Si衬底上通过改变沉积顺序制备两类异质PN结:La0.8Sr0.2MnO3/TiO2和TiO2/La0.8Sr0.2MnO3,并时其进行电学性能研究.结果显示Si/La0.8Sr0.2MnO3/TiO2异质PN结中的Ⅰ-Ⅴ特性曲线呈现线性特征.这可能是TiO2薄膜区内垂直于生长界面的缺陷使得在垂直于衬底方向上产生载流子"通道",从而导致没有整流特性.而在Si/TiO2/La0.8Sr0.2MnO3异质PN结中的Ⅰ-Ⅴ特性曲线却呈现良好的整流特性.这可能是La0.8Sr0.2MnO3和TiO2生长的均很致密,没有给电流提供导通通道,使得呈现明显整流特性.变温电流电压特性曲线显示整流特性出现在一个50 K到350 K广泛温区,与此同时,随着测量温度的降低,扩散电压增大,这可能由于随着测量温度的变化导致了界面电子结构的变化.     

C_2N纳米带的磁性和电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对C_2N纳米带的磁性和电子特性进行了研究.对宽度最小的zigzag类型的纳米带,考虑了边缘原子的无H饱和(ZCNNR)、部分H饱和(ZCNNR-H)和完全饱和(ZCNNR-2H)3种情况.通过对其磁性和电子特性的分析发现,ZCNNR和ZCNNR-H的单胞磁矩分别为12μ_B和4μ_B,并表现出自旋半导体的特性,而ZCNNR-2H表现出非磁的半导体性质.进一步通过对自旋电荷密度的分析发现,其磁性和电子特性与边缘的N原子的H饱和密切相关.     

α-SiN_x/nc-Si/α-SiN_x双势垒结构的电荷存储特性

利用等离子增强化学气相沉积（PECVD）技术,采用NH_3等离子体预氮化法淀积α-SiN_x介质膜,同时结合layer by layer生长nc-Si的方法一次性原位制备了α-SiN_x/nc-Si/α-SiN_x双势垒结构样品.通过原子力显微镜（AFM）测量,估算了nc-Si的密度为1.2×10~（11）cm~（-2）.通过C-V测量研究镶嵌在SiN_x双势垒层中的nc-Si颗粒的电荷存储现象.C-V曲线出现明显的迥滞现象,迴滞窗口约为1 V,表明结构中电荷存储特性.根据迴滞窗口,计算了结构中存储电荷的密度,发现存储电荷密度与nc-Si层的晶粒密度具有相同的数量级.     

Cu_2O@TiO_2核壳异质结的制备及其光催化性能研究

由于二氧化钛和氧化亚铜具有优异的光催化性能,从而被广泛应用于许多领域,如降解污染物,自清洁的涂料等.设计一种反应温度为180℃和反应时间为3 h的溶剂热方法,以乙二醇作为溶剂,硝酸铜作为反应试剂,在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂,合成具有球状结构的Cu_2O颗粒.进一步以酞酸四丁酯(TBOT)为钛源,采用溶剂热法合成具有核/壳结构的Cu_2O@TiO_2球状颗粒.这种具有核壳结构的复合材料形成p-n异质结.创新点在于在两种不同半导体金属氧化物之间成功形成均匀的核壳异质结.所制备的样品采用带有能谱(EDS)仪的扫描电子显微镜,透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对样品形貌进行表征.在室温条件下,以500 W氙灯为光源,对甲基橙(MO)溶液进行光催化降解测试.结果表明,产物的光催化性能明显高于Cu_2O和TiO_2光催化性能.     

Nb,Fe单原子掺杂单层MoSe2电子结构及光学性质的理论研究

文章基于密度泛函理论,研究了本征及Nb,Fe单原子掺杂单层MoSe₂的电子结构及光学性质。计算发现,本征单层MoSe₂和Nb-MoSe₂为直接带隙半导体,Fe-MoSe₂为间接带隙结构;Fe-MoSe₂较本征单层MoSe₂导电性大大提高,实现了由半导体向半金属的过渡。由态密度分析得出了本征及Nb,Fe单原子掺杂单层MoSe₂能量状态主要由Mo 4d,Se 4p轨道电子所贡献的结论,并对各原子掺杂体系轨道电子的能量贡献和掺杂类型做了探讨。此外,还详细分析了费米能级附近的自旋态密度、杂质带、磁性之间的联系。光学性质方面,比较了本征单层MoSe₂与各掺杂体系的复介电常数和光吸收系数,在红外光区Fe-MoSe₂的吸收系数高于本征单层MoSe₂。本征单层MoSe₂的光吸收系数为9.69×10⁴ cm^-1,是区域最大吸收峰。上述研究表明,通过对单层MoSe₂的Nb,Fe掺杂可使电子输运特性得到了增强,为高活性自旋电子和光电子器件设计和研究开辟了新的前景。     

MoS_2薄膜制备和表征及光伏器件应用综合研究型实验设计

为了让学生更好地认识二维层状半导体的特性,设计了二硫化钼(MoS_2)薄膜制备、表征及光伏器件应用综合研究型实验。该实验包括磁控溅射技术制备MoS_2薄膜、薄膜太阳能电池器件制作、晶格结构和表面形貌分析、电光性能测量等实验内容,形象展示了MoS_2薄膜生长、独特结构和优异器件性能之间的内在联系,让学生对MoS_2新材料特征有整体的认知。该实验选题新颖,实验内容涵盖材料学、半导体物理、电子器件等知识点。教学实践表明,该综合研究实验全面培养了学生的综合素质和创新研究能力。     

GaAs(001)面复盖单层Si表面原子结构和电子结构

本文用参数化紧束缚方法，从总能量最小原理研究了GaAs（001）面复盖单层Si表面的原子结构和电子结构．分别计算了As终止和Ga终止的GaAs（001）－1×1和2×1复盖单层Si薄片模型的总能量．结果表明：Si与As和Ga都能成键，但Si与As成键更强些。Si取代Ga的位置形成2×1结构，或者界面是由Si和As以及Si和Ga形成的赝合金GaxAs1-xSi．理论计算得到最近的实验支持．     

调制电磁场对单石墨层(graphene)电子结构影响的研究(英文)

单石墨层(graphene)的制备和其中的新奇物理现象的研究是近几年凝聚态物理学的主要热点之一.这种材料电子能谱具有与无质量Dirac费米子相同的形式,其波函数是手征的.本文研究了调制电磁场对单石墨层电子结构的影响,计算了Lan-dau子能带的带宽和态密度,对电子结构的Weiss振荡与外参数的关系进行了考察.结果可用于gaphene在调制外场中的输运性质的研究.     

MoS_2/Si异质薄膜综合实验研究

为了让学生更好地了解研究前沿和激发学生对科研探索的兴趣,在大量科学研究工作基础上,设计了MoS_2/Si异质薄膜的制备、微结构表征和气敏性能测量综合实验。该实验选题新颖,涵盖知识点丰富,实验各环节联系紧密,有利于深化学生对理论知识的理解和培养学生的创新思想,有利于培养学生综合运用所学知识独立进行科学研究的素质能力。     

层状硫化物中晶格失配对热电性能影响的理论研究

层状型的金属硫化物(SnS)1.2TiS2是一种新型的热电材料,其结构是由SnS层和TiS2层(一种自然超晶格)相叠加而形成.在这些热电材料中,发现了不同化合物的纳米化叠加态,由于这些沿层面叠加的超晶格的特殊性质,在不影响电子输运的情况下,可使声子的输运减小到最小,从而提升了材料的热电性能.计算了(SnS)1.2TiS2的电子结构与声子结构,通过对纯TiS2体材料与(SnS)1.2TiS2中的TiS2层的电子、声子结构的对比,证实了SnS插层对TiS2层的电子结构及电学输运性质影响很小.这些发现有利于提高层状材料的热电性能.     

w-BN (001)B面上铁(钴、镍)纳米线的高自旋极化研究

文章用密度泛涵理论(DFT)和广义梯度近似(GGA)研究了铁、钴和镍在纤锌矿结构氮化硼(w-BN)(001)B面上排列的纳米线的电子结构和磁性,计算了原子的磁矩和态密度,发现在w-BN(001)的B面上的铁和钴纳米线具有高自旋极化的特性,并与孤立的铁、钴和镍原子线的电子结构进行了比较研究,这种高自旋极化材料在微电子器件中可以用作自旋过滤器.     

氨基取代脂肪族一元酸的电子结构与化学反应性的讨论

引导和构建结构决定性质的教学思想,理解结构与化学反应性能的关系.通过氨基取代直链型脂肪族羧酸化合物的空间构象和电子结构分析,在α-氨基癸酸中,(1)-αC-C键自由旋转能垒8.425 1kcal/mol,-αC-N键自由旋转能垒14.042 3kcal/mol,高能构象时分子极性较大,为化学反应活性构象;(2)碳原子电荷密度受到氨基的影响,随着氨基取代位置n增加,-αC、-βC、-γC等碳原子负电荷密度减少;(3)氨基酸的体系能E随氨基与羧基有位置n的关系具有E=-594.804-0.005ln(n)(2≤n≤10),给予阐述.     

紫杉醇抗癌活性与电子结构的定量构效关系

采用量子化学方法,在DFT／B3LYP／6-31G^＊基组水平上对抗癌药物紫杉醇衍生物进行几何构型优化和电子结构计算,并根据计算结果分析了紫杉醇衍生物的抗癌活性与电子结构的构效关系．结果表明：紫杉醇衍生物的抗癌活性与最低空轨道能量和最高占据轨道能量的差值△E、C2,的电荷密度和C13的电荷密度有显著相关性．     

水热法制备球中球状MoS_2光催化材料开放实验设计

本文利用开放实验平台,通过水热法设计并制备球中球状MoS_2光催化材料.使用X射线衍射仪(XRD)分析样品晶体结构,扫描电镜(SEM)观察样品基本形貌,能谱仪(EDS)分析样品的成分组成.以有机染料罗丹明B(RhB)作为污水中的有机污染物质,在紫外光照射的条件下研究了球中球状MoS_2的光催化性能.本开放实验的开设,可以帮助提高学生的动手能力和独立思考能力,增加学生对本专业的兴趣.此外,让在课堂上学习到的专业知识可以进一步得到巩固和实践.