硒化锌纳米晶瞬态表面光伏与气敏特性研究

摘要

ZnSe（110）表面与各种分子之间相互作用及催化氧化反应的研究对于提升ZnSe在气敏、催化等领域中的应用具有重要意义。本文采用密度泛函理论和周期性平板模型，分别计算了ZnSe（111）不同截止面和（110）表面的表面能，并结合实验结果所表明的量子点壳层主要生长面，着重研究O2、CO和CO2在ZnSe的非极性（110）表面的吸附行为和CO在ZnSe（110）表面的催化氧化过程。
　　另外本文还制备了具有独特光电特性的以L-半胱氨酸（L-Cys）为配体修饰的ZnSe核壳结构量子点并研究了其光生载流子的输运行为。通过场诱导表面光电压技术和瞬态光电压技术结合表征了所制备ZnSe/ZnS/L-Cys核壳量子点的光伏特性。同时结合傅立叶变换红外光谱、拉曼光谱、紫外可见光吸收光谱和荧光光谱分析了样品的光电性能及载流子迁移行为。并使用VASP结合barder电荷对不同配体与ZnSe的相互作用和电荷转移进行了分析。
　　计算结果表明：ZnSe不同截止面的（111）表面和（110）表面的表面能以（110）表面的表面能最低，最为稳定；O2、CO和CO2在ZnSe(110)表面均以化学吸附形式吸附，吸附能分别为0.455、0.296和0.326eV。当O2优先于CO在表面吸附时更有利于CO催化氧化反应的发生。而且当表面存在Se空位时，O2分子以化学吸附形式优先吸附在ZnSe（110）表面的Se空位上并生成激发态O22。可以大大提高ZnSe（110）表面的氧化性，从而影响ZnSe（110）表面CO催化氧化反应。
　　实验结果表明：ZnSe量子点具有P型光伏特性，并较同族核壳量子点在紫外-近红外区域具有更宽和更强的光电压响应。相位值随外加正电场绝对值的增加而增加，随外加负电场绝对值的减小而减小。在3.3×10-8到2×10-3s区域宽的光电压响应与光生自由电荷载流子的扩散距离延长和界面空间电荷区明显的量子隧道效应有关，同时这也是导致所制备样品独特的光电压特性的原因。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶概述

1.2 量子点概述

1.3 本课题研究意义与内容

第2章 计算原理与实验方法

2.1 第一性原理

2.2 计算软件介绍

2.3 表面光电压

第3章 闪锌矿ZnSe表面氧吸附及CO催化氧化

3.1 ZnSe各个表面的表面能

3.2 ZnSe(110)表面的氧吸附

3.3 ZnSe(110)表面CO的吸附

3.4 ZnSe(110)表面CO2的吸附

3.5 ZnSe(110)表面O2和CO的共吸附和CO的催化氧化

3.6 本章小结

第4章 L-Cys包覆ZnSe量子点的载流子迁移特性

4.1 制备

4.2 量子点结构表征

4.3 量子点载流子输运特性

4.4 量子点的计算模拟初探

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢