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碱金属掺杂碳纳米管储氢量差异的理论分析

原子与分子物理学报 2010年第5期27卷 927-931页

作者：袁兴红程锦荣安徽农业大学理学院合肥230036 安徽大学物理与材料科学学院合肥230039

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟锂掺杂单壁碳纳米管阵列(SWCNTA-Single Walled CarbonNanotube Array)和钾掺杂SWCNTA的物理吸附储氢.重点研究了碱金属原子的种类和掺杂位置对SWCNTA储氢的影响.通过分析碱金属掺杂SWCNTA与氢分子间相互作... 详细信息

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟锂掺杂单壁碳纳米管阵列(SWCNTA-Single Walled CarbonNanotube Array)和钾掺杂SWCNTA的物理吸附储氢.重点研究了碱金属原子的种类和掺杂位置对SWCNTA储氢的影响.通过分析碱金属掺杂SWCNTA与氢分子间相互作用的差异及其变化的原因,给出了碱金属掺杂SWCNTA储氢量差异的理论解释,并对今后的研究工作提出了新的建议.

关键词：单壁碳纳米管阵列碱金属掺杂储氢相互作用势阱

碱金属掺杂橄榄石型NaFePO4的第一性原理研究

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厦门大学学报（自然科学版） 2019年第4期58卷 560-566页

作者：白宗尧郑锋吴顺情厦门大学物理科学与技术学院

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了钠离子电池正极材料橄榄石型NaFePO4及其碱金属(Li、Na)掺杂体系的结构稳定性、电子结构、充放电过程结构演化及相关电化学性质.计算结果显示,NaFePO4可掺杂适量Li、Na,且掺杂后结构稳... 详细信息

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了钠离子电池正极材料橄榄石型NaFePO4及其碱金属(Li、Na)掺杂体系的结构稳定性、电子结构、充放电过程结构演化及相关电化学性质.计算结果显示,NaFePO4可掺杂适量Li、Na,且掺杂后结构稳定.脱钠相结构形成能的计算模拟了NaFePO4及其掺杂体系充电过程中的相变,NaFePO4在充电过程中存在Na5/6FePO4与Na2/3FePO42个中间相,铁位锂掺杂体系存在Na3/4(Li1/12Fe11/12)PO4、Na1/2(Li1/12Fe11/12)PO4、Na1/6(Li1/12Fe11/12)PO43个稳定中间相,铁位钠掺杂体系存在Na5/12(Na1/12Fe11/12)PO4、Na1/6(Na1/12Fe11/12)PO4、Na1/12(Na1/12Fe11/12)PO43个稳定中间相.此外,通过分析电子结构,还发现Li、Na掺杂体系中有部分O2-发生氧化参与电荷补偿,这使得掺杂体系的充电电压略高于未掺杂的NaFePO4.

关键词：第一性原理 NaFePO4 钠离子电池碱金属掺杂正极材料

碱金属掺杂C_(60)超导外延薄膜的制备及其电输运性质

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物理 1993年第12期22卷 759-760页

作者：赵文兵张晓东张金龙李传义顾镇南周锡煌北京大学物理系北京大学化学系

碱金属掺杂CaWO4:Yb3+/Er3+多晶的制备及上转换发光性能研究

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碱金属掺杂CaWO4:Yb3+/Er3+多晶的制备及上转换发光性能研究

作者：谈翔哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文采用高温固相法制备M2xCa1-xWO4:Yb3+/Er3+(M=Li, Na, K)多晶，研究了不同种类、比例碱金属碳酸盐掺杂对多晶样品制备工艺及上转换发光性能的影响。利用TG-DTA综合热分析技术，确定了掺杂助熔剂碱金属碳酸盐后，高温固相烧结过程... 详细信息

本文采用高温固相法制备M2xCa1-xWO4:Yb3+/Er3+(M=Li, Na, K)多晶，研究了不同种类、比例碱金属碳酸盐掺杂对多晶样品制备工艺及上转换发光性能的影响。利用TG-DTA综合热分析技术，确定了掺杂助熔剂碱金属碳酸盐后，高温固相烧结过程中的除杂及烧结反应温度区间;利用XRD、上转换稳态光谱测试，分析研究了碱金属离子掺杂时制备多晶样品的最佳烧结条件：掺杂Li+离子时为900℃烧结10h，掺杂Na+离子时为800℃烧结10h，掺杂K+离子时为800℃烧结6h。在此条件下所制备的M2xCa1-xWO4:Yb3+/Er3+(M=Li, Na, K)样品结晶较好、上转换发光强度最高。通过上转换稳态光谱测试、CIE色度坐标计算等方式，研究了碱金属离子作为晶体场调节离子、电荷补偿剂掺入M2xCa1-xWO4:Yb3+/Er3+(M=Li, Na, K)多晶后对样品的发光强度及色度的影响。当掺杂离子相同时，随着Li+掺杂比例的增加，样品发光强度依次增强，CIE色度坐标在x=0.3时达到最大偏移;随着Na+掺杂比例的增加，样品发光强度呈现先增大后不变现象，CIE色度坐标沿单色轨迹线持续向长波方向移动;随着K+掺杂比例的增加，样品发光强度呈现先增加后降低现象，发光色度则在CIE图单色光540nm附近周期性波动。当掺杂离子不同时，随着碱金属周期数的增加，掺杂比例x=0.2时上转换发光强度基本不变，x=0.4时上转换发光强度依次减小;两种掺杂比例样品的上转换发光色度坐标都沿CIE图单色轨迹线向短波方向移动。应用上转换功率曲线、荧光寿命测试分析方法，对掺杂比例x=0.2时M2xCa1-xWO4:Yb3+/Er3+(M=Li, Na, K)多晶上转换发光机理进行了研究。结果显示不同碱金属离子掺杂时多晶样品的上转换绿光来源于稀土离子Er3+的4S4 3/2I15/2和2H43+11/2I15/2能级跃迁，且都为双光子过程;上转换红光来源于Er的4F4 9/2I15/2，但Li+离子掺杂后样品的上转换红光过程饱和，因此为单光子过程，Na+、K+掺杂样品的上转换红光为单光子与双光子共存过程。

关键词： M2xCa1-xWO4:Yb3+/Er3+(M=Li,Na,K)多晶上转换发光高温固相烧结碱金属掺杂

碱金属掺杂(CMA)2MAn-1PbnI3n+1的二维钙钛矿薄膜及其太阳能电池研究

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碱金属掺杂(CMA)2MAn-1PbnI3n+1的二维钙钛矿薄膜及其太阳能电池...

作者：闫雅婷郑州大学

学位级别：硕士

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于兼有低成本和高效率的优点,具有广阔的应用前景。其光电转化效率(Photoelectric conversion efficiency,PCE)在过去的的短短十几年中就从3.8%增加到了25.5%。但是常规的三维(3D)钙钛矿太阳电池具有湿... 详细信息

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于兼有低成本和高效率的优点,具有广阔的应用前景。其光电转化效率(Photoelectric conversion efficiency,PCE)在过去的的短短十几年中就从3.8%增加到了25.5%。但是常规的三维(3D)钙钛矿太阳电池具有湿度和热稳定性差的因素,稳定性的问题是限制钙钛矿太阳电池大规模应用的瓶颈。近年来,研究学者们提出了引入大分子有机物来降低3D钙钛矿薄膜的维度而提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。因此,(2D)钙钛矿材料站在了太阳电池发展的舞台上,以其高的湿度稳定性引起了广泛的关注。但是2D钙钛矿太阳能电池也存在着问题,由于载流子输运差而导致光电转化效率较低。因此,在保持具有良好稳定性的前提下,提升2D钙钛矿太阳能电池的转化效率是其目前研究面临的关键性问题。针对以上2D钙钛矿材料面临的问题,本文通过制备CMA)MAPbI的2D钙钛矿薄膜和碱金属的掺杂的手段,期望获得高效、稳定的2D钙钛矿太阳能电池。主要研究内容如下:(1)研究了基于CMA不同n值的二维钙钛矿的薄膜的性质及器件的性能。通过对n=4,6,7,9的2D钙钛矿薄膜及电池研究,发现以CMA大分子有机物为基的薄膜时拥有着混合相的且其量子阱分布与其他的不同是倒置的;即含有有机层状多的小n值的(稳定性高)主要分布在表面,而含有较少有机层状组分的大n值成分(电荷输运好)分布在底部。此种比较特殊结构,在薄膜的表面大n值可以得到小n值薄膜的保护,这样的结构可以同时具有高的稳定性和好的电荷传输特性。随着n值的增大,其晶体垂直取向衍射峰(111)面逐渐增强,n=7和n=9的薄膜中垂直取向的晶体占主导地位,具有更好的载流子输运性质。因此基于n=7和9太阳电池的光伏性能优于n=4和6的器件,两种不同n值的器件最高效率都大于了10%。(2)研究了碱金属(CsI/KI)掺杂(CMA)MAPbI(n=7,9)的二维钙钛矿的薄膜性质及器件性能;通过对2D钙钛矿前驱液中掺杂浓度为0%,3%,5%,10%,15%的碱金属,并对掺杂的2D钙钛矿薄膜及电池研究,发现:1)不同CsI掺杂浓度制备的n=7的(CMA)MAPbI钙钛矿薄膜,碱金属CsI能够从提高钙钛矿薄膜的热稳定性、改善薄膜的表面、增大晶粒和减少缺陷等方面,改善薄膜,提高薄膜质量。最终采用掺杂浓度为10%的薄膜Cs-2D制备的电池效率达到12.57%,比未掺杂样品提升近20%。2)不同CsI掺杂浓度对n=9的(CMA)MAPbI薄膜以及电池的影响其结果与n=7的相似。由于n=9的薄膜中垂直取向的晶体含量高,具有更好的载流子输运性质,其效率达到了14.57%。3)不同KI掺杂浓度对(CMA)MAPbI薄膜以及电池的影响;K离子半径远小于Cs,以间隙式原子掺入钙钛矿薄膜中,可以更有效地钝化缺陷,KI掺杂制备的电池,开路高达1.21V;并且K离子显著提高了薄膜的输运特性,使得电池的填充因子提高到0.81;最高效率达到了22.28%。由此可以得出,碱金属KI掺杂制备的2D钙钛矿电池的性能明显优于CsI的掺杂制备出的器件。

关键词： 2D钙钛矿太阳能电池碱金属掺杂稳定性

碱金属掺杂KLaF4:Er3+/Yb3+合成及其性能研究

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碱金属掺杂KLaF4:Er3+/Yb3+合成及其性能研究

作者：王谢春福州大学

学位级别：硕士

稀土上转换发光材料具有光稳定性强、发射带宰、发光寿命长、低激发能等特点,使其在太阳能电池、显示与照明、生物成像等领域具有潜在的应用前景。KLaF4是优良的上转换发光基质材料之一。本文采用水热法制备A13+或Na+离子掺杂的KLaF4:Er... 详细信息

稀土上转换发光材料具有光稳定性强、发射带宰、发光寿命长、低激发能等特点,使其在太阳能电池、显示与照明、生物成像等领域具有潜在的应用前景。KLaF4是优良的上转换发光基质材料之一。本文采用水热法制备A13+或Na+离子掺杂的KLaF4:Er3+/Yb3+纳米晶,研究碱金属离子掺杂对材料性能的影响。在此基础上,制备银(金)/氧化锌/上转换薄膜复合结构,研究了氧化锌介电层厚度对薄膜上转换性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱仪(FT-IR)、紫外可见近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)以及荧光光谱仪(PL)等相关测试手段,获得以下主要研究成果:1、研究了碱金属离子掺杂对纳米晶物相、形貌和红外光谱的影响。结果表明:A13+和Na+掺杂浓度在一定范围内,均未改变KLaF4:Er3+/Yb3+的物相结构,但使晶粒大小发生变化;另外碱金属离子掺杂使KLaF4:Er3+/Yb3+纳米晶表面吸附的有机基团减少。2、与未掺杂纳米晶相比,在掺杂A13+或Na+离子后,KLaF4:Er3+/Yb3+纳米晶的上转换发光性能及荧光寿命都有所增强。对于掺Na+15%的纳米晶,红绿光发射强度最大增强分别达到7.3和5.2倍,且红光寿命提高至0.286 ms;而掺A13+纳米晶在掺杂浓度为10%时,红绿光发射强度最大增强分别为7.3和5.9倍,红绿光寿命分别从最初的0.413 ms和0.104 ms提高至0.477 ms和0.136 ms。光谱增强主要归因于掺杂使Er3+离子的晶场对称性降低以及纳米晶表面吸附的有机基团的减少。3、在上转换薄膜复合结构的研究中发现,ZnO厚度可以调节上转换发光强度。对于银/氧化锌/上转换薄膜复合结构,在ZnO厚度为15 nm时,红光最大增强倍数可达18.6倍,红光衰减曲线满足单指数拟合,最长可达到约0.318 ms;对于金/氧化锌/上转换薄膜复合结构,ZnO厚度为10 nm时红绿光增强倍数分别为6倍和16倍,红绿光寿命最大分别为0.305 ms和0.170 ms,发光及寿命的增强主要归因于贵金属薄膜和上转换材料之间的等离子耦合效应引起的。总之,本文采用碱金属离子掺杂提高了 KLaF4:Er3+/Yb3+纳米晶的发光强度,为制备具有较高转换效率的太阳电池提供了一定参考。

关键词： KLaF4:Er3+/Yb3+纳米晶碱金属掺杂上转换发光上转换薄膜

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池的碱金属掺杂工程

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北京工业大学学报 2020年第10期46卷 1180-1191页

作者：陈小青杨少鸿曲晶晶张永哲严辉北京工业大学材料科学与工程学院北京100124

铜铟镓硒(CIGS)太阳电池不仅具有高吸收系数和高光电能量转换效率,而且表现出良好的稳定性和低廉的生产成本,依然是目前普遍关注的发展对象.自20世纪90年代,研究人员发现碱金属掺杂可以明显提升CIGS电池的性能,并在碱金属掺杂研究方面... 详细信息

铜铟镓硒(CIGS)太阳电池不仅具有高吸收系数和高光电能量转换效率,而且表现出良好的稳定性和低廉的生产成本,依然是目前普遍关注的发展对象.自20世纪90年代,研究人员发现碱金属掺杂可以明显提升CIGS电池的性能,并在碱金属掺杂研究方面取得一系列突破性进展.结合本课题组的研究进展,主要介绍了其中针对碱金属掺杂引发的一些主要技术突破.同时简单介绍了碱金属掺杂的3种方法:前掺法、中掺法和后掺法,其中使用后掺法制备出的CIGS电池能够获得较高的能量转换效率.碱金属掺杂的作用机制,主要是调节CIGS吸收层的带隙和钝化薄膜中的缺陷,提高薄膜中的空穴密度,抑制吸收层内部和界面的载流子复合,最终提升太阳电池的开路电压和填充因子.同时,碱金属会影响吸收层的元素分布和微观形貌,这一方面对太阳能电池性能的影响仍存在争议.

关键词：铜铟镓硒(CIGS) 太阳电池碱金属掺杂形貌生长动力学缺陷

碱金属掺杂单层MoSSe和MoSi2N4的第一性原理研究

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碱金属掺杂单层MoSSe和MoSi2N4的第一性原理研究

作者：孙志远长江大学

学位级别：硕士

单层MoSiN和MoSSe由于具有独特的物理与化学性质,使其受到科研工作者的广泛关注。本文采用第一性原理方法,将碱金属以不同的方案分别掺杂到两种不同新型二维材料(单层MoSSe和MoSiN)的表面,探究在不同方案下这两种材料光电性质的变化规律... 详细信息

单层MoSiN和MoSSe由于具有独特的物理与化学性质,使其受到科研工作者的广泛关注。本文采用第一性原理方法,将碱金属以不同的方案分别掺杂到两种不同新型二维材料(单层MoSSe和MoSiN)的表面,探究在不同方案下这两种材料光电性质的变化规律,具体研究如下:第一,研究了碱金属掺杂单层MoSSe后,材料电子结构、光学性质的变化。我们通过计算形成能的大小以及掺杂前后键长变化,研究碱金属掺杂后材料的稳定性,结果表明掺杂体系都是稳定的。但是,其稳定性也会随着掺杂浓度的提高而变差。其中Li原子掺杂情况展现出最好的稳定性,所以我们着重研究了Li原子以不同的浓度分别掺杂于MoSSe的S和Se面所带来的影响。通过能带结构和态密度的研究发现,Li掺杂后能在单层MoSSe禁带中引入杂质能级,从而使它由直接带隙半导体变为间接带隙半导体,并减小了禁带宽度,本征单层MoSSe的带隙为1.74 e V,当3个Li原子取代S原子或Se原子后,材料的禁带宽度分别降至0.87e V和0.52 e V。光学研究表明Li的掺杂,弥补了本征单层MoSSe在红外光区吸收能力较弱的不足,并增强了可见光的吸收率,有利于该材料更充分利用太阳能。第二,研究了碱金属掺杂单层MoSiN材料后,材料的电子结构、光学性质和光催化性能的变化。首先,通过计算材料表面碱金属的吸附能的大小,研究了不同位置的吸附能和稳定性。结果表明,碱金属吸附的单层MoSiN系统是稳定的,并且Mo原子的垂直上方(T)是最稳定的吸附位。所以我们着重研究了在T位置上吸附Li、Na、K原子后,对材料性质的影响。电子结构研究表明,碱金属的吸附使得单层MoSiN带隙减小,从本征时的1.89 e V分别减小到1.75 e V(K),1.73 e V(Li),1.61e V(Na)。态密度分析,解释了带隙减小的原因,即掺杂导致了Si 3p电子轨道下移,致使带隙变小。另外,三种掺杂剂均使单层MoSiN功函数降低,由本征时的4.80 e V,分别减小到2.03 e V(Na)、1.50 e V(Li)和1.43 e V(K)。光学性质研究发现,碱金属的吸附,增强了单层MoSiN可见光内的吸收系数,且拓展了其光吸收范围,对红外光区的光吸收能力也显著增强。通过光催化研究,表明吸附Li和Na的单层MoSiN,在光催化分解上有很好的应用前景。同时,Li吸附的MoSiN单层显示出光催化还原CO的巨大潜力。本文相关研究将为设计新型光电材料提供理论指导。

关键词：第一性原理碱金属掺杂 MoSSe MoSi2N4 电子结构光学性质

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碱金属掺杂LMO材料的制备及微波性能研究

碱金属掺杂LMO材料的制备及微波性能研究

作者：袁熊西安电子科技大学

学位级别：硕士

微波吸收材料在民生以及军事上的重大现实意义决定了其在现代科学研究中的重要地位,锰酸镧(LMO)体系材料的改性研究是近些年吸波材料的一个研究热点。本文首先研究了A位一价碱金属(Li,Na, K)的掺杂浓度对所制备的LMO体系样品物相的影响... 详细信息

微波吸收材料在民生以及军事上的重大现实意义决定了其在现代科学研究中的重要地位,锰酸镧(LMO)体系材料的改性研究是近些年吸波材料的一个研究热点。本文首先研究了A位一价碱金属(Li,Na, K)的掺杂浓度对所制备的LMO体系样品物相的影响;随后集中研究了A位一价碱金属(Li,Na, K)掺杂的LMO样品在3.95-12.4GHz内的微波吸收性能。采用高温固相法成功制备了A位Li, Na、K掺杂的LMO体系样品,借助XRD,SEM,EDS以及AV3618矢量网络分析仪表征／测试了所制备的样品。结果表明：(1)1200℃烧结时,使用碱金属元素Li、Na、K对LMO体系进行A位掺杂时,要将掺杂浓度控制在20%以内,否则会生产杂相。(2)不同浓度、不同匹配厚度的A位一价碱金属(Li,Na,K)的LMO样品所表现出的微波吸收效果差异明显,主要原因是掺杂会引起体系内部的双交换作用(DE),掺杂的离子种类以及掺杂浓度对双交换作用发生的程度都有影响。通过分析对比,一价碱金属Li、Na、K不同浓度掺杂的LMO体系样品在所研究的频率范围(3.95-12.4GHz)内的吸波效果表现有所差异,当然也与选择匹配厚度有关。La0.85Li0.15MnO3样品的在匹配厚度3.0mm时,反射损耗峰最大-36.7dB;而La0.9sLi0.05MnO3样品会在更靠近低频在7.65GHz取得-32.7dB的吸收峰。La0.80Na0.20MnO3样品在匹配厚度为3.0mm时,损耗特性较优,在7.68GHz处可以取得最大反射损耗-42.7dB,小于-10dB的频宽也可以达到2.7GHZ。La0.85K0.15MnO3样品在3.95-12.4GHz内的吸波效果最好,在9.02GHz处的可达最大反射损耗-38.4dB,小于-1OdB的频宽也优于其他样品为2.6GHz。

关键词：微波吸收材料电磁损耗特性锰酸镧材料碱金属掺杂