关键词： 过渡金属硫化物   硫化镍   超级电容器   量子点   高能量密度  

摘要： 超级电容器凭借着高功率密度、可快速充放电、稳定安全和易于维护等优点,成为极具研究价值和应用潜力的储能器件。目前已经商业化的对称超级电容器基于碳材料为主的双电层型电极,其能量密度与锂离子电池等二次电池相比仍然存在着较大的差距。此外,各种赝电容型材料尽管突破了静电电容存储的限制,但以块体材料为主的结构设计致使其充放电稳定性方面的表现难以达到商业化标准。超级电容器单元的容量性能很大程度上依赖于构成电极材料的晶相、组成、结构和形貌特征,因此开发新型正极材料,并加以合理设计调控,可有效地提高单位质量的储能密度。电化学活性活跃的过渡金属硫化物,因其理论比容量大、导电性优良等特点而成为新兴的超级电容器正极材料。尽管研究者们在对过渡金属硫化物的形貌合成方面取得了较多的成果,并系统地考察了它们的电化学储能特性,但目前金属硫化物作为超级电容器的电极材料应用仍然存在着一些不容忽视的难点,如块体结构抑制了反应活性位点的暴露阻碍了离子的快速扩散、硫化物材料本身晶格结构崩塌导致电极在循环充放电过程中的不稳定性、面向商业化可规模化合成和物相控制的方法学设计以及双金属离子间电化学活性协同调制的潜在机理等。针对这些现存的问题,本论文围绕过渡金属硫化物的量子点结构设计,在实验合成的基础上,结合多种测试手段和理论计算方法展开深入的探索,主要的研究内容和成果包括以下几个方面。首先,针对传统过渡金属硫化物块体材料在连续电化学氧化还原过程中出现晶格结构崩塌而损害循环稳定性的问题,同时为了使材料表面活性位点的暴露最大化,我们设计出一种配体诱导的量子点结构策略,通过高效热注入法合成超小的NiS2量子点,并将NiS2量子点与包含高电负性杂环氮原子的吡啶配体组装在一起。杂环氮上的电子云诱导缩短了 Ni-S键,使NiS2晶格具有更强的结构稳定性。此外,镍原子附近的局域孤对电子降低了扩散OH-离子的排斥力,从而提高了氧化还原反应的亲和力。得益于特殊定制的配体结构和量子点本身的尺寸效应,配体诱导的NiS2量子点在1 A·g-1时达到了 651.8 C.g-1的比容量,且于5 A·g-1下连续循环8000圈后仍具有初始值94.7%的保持率,这些性能与NiS2普通块体材料相比都得到了极大的提升。这些结果表明,配体诱导的量子点是精确调控先进储能器件中金属硫化物电极材料的极具前途的设计策略。其次,尽管过渡金属硫化物量子点的结构设计在优化电极的电化学性能方面展现出了独特的优势,但是当前这些化合物量子点的合成路线限制了其规模化生产。因此,我们致力于发展一种简易、绿色、可扩展的单锅无注入法,用于合成十克量级的单分散硫化镍量子点粉体。有趣的是,通过适当调节前驱体溶液中6-巯基-1-己醇配体的浓度,可以精确控制目标量子点产物的组分,在特定条件下可得到纯相的Ni3S4量子点。由于优化后的Ni3S4量子点具备比表面积大、金属活性位点多、孔隙结构丰富等优点,有利于电解质离子的扩散,当作为混合超级电容器的先进电极时表现出非凡的电化学性能。令人印象深刻的是,所构建的混合超级电容器具有49.3 Wh·kg-1的高能量密度和21718 W·kg-1的功率密度,且稳定性测试经历8000次循环充放电后仍能保持91.7%。再次,相比于前面研究的二元硫化镍材料,三元NiCo2S4材料能产生更加活跃的氧化还原反应,但是这种电容性能优势以及它们在碱性电解液中的某些促进作用的根源机制目前尚不清楚。为了揭示其本质原因,我们成功合成了具有良好单分散性和尺寸分布的高质量NiCo2S4量子点。结合DFT理论计算和离位X射线光电子能谱(XPS)表征结果,我们发现电化学反应性Ni和Co之间的协同调制机制使得量子点在费米能级附近提供了更多的活性电子,同时也有利于形成优势反应面以及降低反应势垒。这种协同增强的反应性促进NiCo2S4量子点中更大比例的Ni和Co参与到氧化还原反应中,贡献出比对应单金属NiS2或CoS2量子点增加三倍以上的比容量。同时,电化学研究表明,NiCo2S4量子点独特的结构优势也促进了离子的扩散和反应动力学。得益于这些方面的优化设计,以NiCo2S4量子点为阴极,氮掺杂的还原氧化石墨烯纳米片为阳极的混合超级电容器器件,在功率密度为850 W·kg-1的情况下,提供了超高的能量密度67.5 Wh·kg-1,并同时兼备优异的倍率性能和充放电循环稳定性。论文从独特的过渡金属硫化物量子点结构设计的角度出发,独立尝试合成了多种适用于高性能超级电容器的硫化物量子点电极材料。在此基础上,我们分别通过针对性地设计材料微观结构、优化合成方法及实时表征充放电状态下的理化性质变化等多种实验策略,并结合理论计算结果,旨在解决当前超级电容器电极材料在研究过程中所遇到的性能、合成工艺以及机理方面的问题。我们希望这些工作和研究结果能够为未来高性能和可应

关键词： 石墨烯/六方氮化硼异质结   边界势   偏压   带隙   输运特性  

摘要： 近年来,由二维材料堆叠形成的范德瓦尔斯异质结引起了人们广泛的研究兴趣。利用二维材料层状结构的特点,我们可以选取具有不同物理特性的二维材料并且按照某种特定的方式堆叠在一起,从而得到各种我们想要的结构。其中,石墨烯/六方氮化硼范德瓦尔斯异质结是最典型的代表之一,也是我们研究最广泛和最深入的一种异质结构。尽管人们对石墨烯/六方氮化硼异质结进行了大量研究,但是,有关石墨烯/六方氮化硼异质结纳米带(GBNNR)的一些性质仍然不太清楚,尤其是通过外场调控下GBNNR的电子能带结构。因此我们很有必要从理论上系统研究GBNNR的电子结构和输运性质。本论文使用紧束缚模型和格林函数方法,系统地研究了晶格匹配的石墨烯/六方氮化硼异质结在边界势、层间势以及垂直磁场作用下的电子结构和输运性质,并取得了一些有意义的结果。首先,我们研究了边界势和磁场调控下锯齿型石墨烯/六方氮化硼异质结纳米带(ZGBNNR)的能带结构和输运性质。我们发现无外场作用下ZGBNNR的能带结构中有一个很小的带隙,同时还存在四条分布位置不同的边界带。我们可以通过边界势分别操控这四条边界带,边界势不仅可以使边界带发生位移和变形,还可以改变ZGBNNR带隙的大小。我们还发现施加在ZGBNNR上的边界势可以改变边界带的分布,从而导致体系的量子化电导发生改变。其次,我们研究了偏压作用下ZGBNNR的能带结构。计算结果表明,层间电势显著地改变了整个系统的电子结构,包括能带的平移、变形、交叠,通过调整层间电势的大小,我们可以有效控制带隙的打开与闭合。在垂直磁场作用下,ZGBNNR的能带形成了朗道能级,但是连接中间平带的边界带发生了弯曲变形,从而增加了体系的边界导电通道,导致体系的量子化电导有趣演变。综上所述,我们系统的研究了在边界势和层间电势调制下的ZGBNNR的能带结构和输运性质。从以上的研究结果我们提供了一种简单有效的方案来调控ZGBNNR的能带结构和输运性质。各种改进的双层系统可能会在未来的纳米电子学中发挥关键作用,我们希望这些结果对将来电子设备的应用有所帮助。

关键词： 碳量子点   木材遗态结构   氧化铈   光催化  

摘要： 日益严重的环境污染与资源紧缺促进了半导体光催化剂的研究发展,在半导体光催化的研究中有3个方向,一是选择催化剂的体系;二是催化剂的掺杂、修饰或负载;三是合成工艺与制备方法的研究。笔者选取了近年来备受关注的二氧化铈光催化剂,还用木粉为原料制备出的碳量子点对氧化铈进行了修饰,采用了木材模板法的遗态转化工艺制备仿生木材结构的氧化铈。本研究将木粉基碳量子点与木材遗态结构氧化铈制备成新型催化剂,分别研究了碳量子点与遗态结构氧化铈的各项性能,并对其光催化降解亚甲基蓝的性能进行了测试,主要研究结果如下:1、用木粉和柠檬酸、乙二胺在水热反应釜中,200℃下反应6h,成功合成了氮掺杂的碳量子点。氮掺杂碳量子点的平均粒径为3.81nm,较未掺杂的碳量子点减小了 10%,晶格间距为0.35nm,对应石墨结构的002晶面,表面含有大量的氨基、羟基、羧基等含氧、含氮官能团。碳量子点在浓度较低时能够显示蓝紫光,而在浓度较高的时候为青色;荧光发射与浓度、激发光波长有关,会随着激发波长的增大而红移;氮掺杂的碳量子点的荧光量子产率高达43.38%,超过绝大部分报道的生物质基碳量子点,荧光寿命为14ns。木粉基碳量子点具有良好的水溶性,能够直接用作钢笔墨水和印章油墨用作防伪荧光标记,且图案具有良好的耐候性和稳定性,经过半年多时间的自然老化依然保持有明亮的荧光。2、在对木材遗态结构氧化铈的研究中,本研究将木材遗态结构氧化铈与传统水热法制备出的正方体型氧化铈进行了对比。结果表明,氧化铈经过木材遗态转化工艺后能够较为完整地复制木材模板的多尺度分级孔结构,相较于传统水热法氧化铈,木材模板法的氧化铈要更加蓬松,BET面积增加了一倍,平均孔径为5.38nm,减小了 73%;木材遗态结构氧化铈显示出各向异性的特征,电子衍射花样为圆环,结晶度有所下降,电荷分离效率更高;遗态工艺转化的氧化铈具有更高的电子活性,活性氧含量更高,降低了电子空穴复合效率;木材遗态结构氧化铈带隙为3.3eV,最大紫外吸收波长在335nm左右。亚甲基蓝降解测试结果显示,木材遗态结构氧化铈能够大幅度提高催化的效率和速率。3、对碳量子点、木材遗态结构氧化铈的复合材料进行了研究,结果发现,碳量子点掺杂不会改变木材遗态结构氧化铈的表面形态和结晶性质,而且由于碳量子点会堵住氧化铈中的一些孔。因此复合材料的比表面积有所下降,孔体积稍微减少,平均孔径也有所变大。但是,由于碳量子点本身也具有大量的活性氧,因此复合材料的活性氧含量略提高。复合材料的最大紫外吸收位于400nm,禁带宽度2.5eV,光催化速率提升了 40%左右。

关键词： 量子点   增益   折射率变化   3dB谱宽交叠区面积   低偏振相关  

摘要： 全光逻辑门、微环谐振器和全光开关等是发展未来全光网络的关键器件。这些器件以载流子浓度变化引起的折射率变化为基本工作原理,同时在工作时需要一定的增益。此外,为了在实际应用中获得良好的工作性能,要求器件对TE模和TM模入射光具有低的偏振相关性。因此,在器件设计中,不仅要兼顾材料的增益特性与折射率变化特性,还需要考虑增益和折射率变化低的偏振相关性。相较于体材料和量子阱,量子点具有三维量子限制效应,更有利于器件实现优异的光学性能。因此,本文对兼顾增益与折射率变化的低偏振量子点材料进行分析,研究结果对全光网络的早日实现具有一定的推动作用。本文在量子点能带结构的基础上,建立了计算量子点材料光增益和折射率变化的解析模型。首先阐述了能带求解的过程,给出了量子点内部的应变分布。根据8带k.p微扰模型建立量子点能带求解矩阵,并结合平面波展开法求解有效质量方程,得到量子点的能级和波函数,即能带结构。接下来基于已知的能带结构计算导带到价带的跃迁动量矩阵元和谱线展宽效应,导出增益的解析模型。以此为基础,考虑能带填充效应,通过Kramers-Kronig变换得到其折射率变化量。同时分析带隙收缩对折射率变化的贡献,并计入自由载流子吸收效应,最终导出量子点材料折射率变化的解析模型。本文对比分析了量子点材料TE模和TM模增益谱及其折射率变化谱随点区材料组分、垒区材料组分和量子点高宽比的变化特性,并剖析了其中的物理机理。进一步联合考虑点区和垒区的组分变化对兼顾增益与折射率变化以及偏振相关性的影响,提出了一种多参数调配方法,并据此设计出在1550nm通信波段（1540～1560nm）内兼顾增益与折射率变化的低偏振量子点材料In0.97Ga0.03As/In0.76Ga0.24As0.52P0.48。最后通过分析,选定合适的工作载流子浓度。当载流子浓度为0.6×1024m-3时,TE模和TM模的3d B谱宽交叠区面积分别为8.66×10～3nm/cm和7.55×10～3nm/cm,增益和折射率变化的偏振相关性分别在3%和10%以内。本文研究结果有助于未来全光网络中关键器件的优化设计。

关键词： 密度泛函理论   碱土金属氧化物   点缺陷   量子比特  

摘要： 半导体和绝缘体中的空位,反位杂质,间隙杂质和替位杂质等统称为点缺陷。这些点缺陷强烈影响着半导体和绝缘体的物理性质,对它们的应用有着决定性的作用。点缺陷可以作为人工原子嵌入到半导体或绝缘体材料中,点缺陷在带隙中产生与周围的环境即与价带和导带相互隔离的缺陷态。因此,他们表现出孤立原子的量子特性却不需要复杂的隔离技术。宽禁带材料中的光学活性点缺陷具有可伸缩性,也便于集成入设备,是量子信息技术的主要组成部分,其中应用包括量子处理器、量子中继器、量子模拟器和量子传感器等。尽管点缺陷几乎在所有的半导体或绝缘体材料中都是普遍存在的,但在某些半导体或绝缘体材料中选择特定的点缺陷构型可以得到特定的电子自旋量子态,这些量子态可用于不同的量子技术。本文关注点在用于量子比特候选材料的相关宽禁带材料中的点缺陷。论文结构如下:第一章主要介绍了最具代表性的固态量子比特候选材料及密度泛函理论在筛选鉴别固态量子比特中的作用。首先简要介绍了量子比特的物理概念。接着通过密度泛函理论与实验相结合,介绍了最著名的半导体固态量子比特候选材料:金刚石中的带负电的NV色心和碳化硅中的碳硅双空位点缺陷。最后介绍了相关固态量子比特候选材料的研究前沿进展。第二章主要介绍了以密度泛函理论为主的第一性原理方法。包括基本原理,计算常用的一些相关交换关联泛函和一些常用的计算模拟程序包,比如VASP和Material studio 等。第三章具体介绍了计算固态量子比特的相关特性的原理,比如基态,激发态和超精细耦合张量等等。第四章主要是在密度泛函的理论框架下研究了过渡金属铂(Pt)掺杂碱土金属氧化物(MgO和CaO)后的电子自旋性质。基于VASP计算,我们研究了该点缺陷的自旋极化的缺陷能级,形成能,光学性质,超精细耦合张量和两个自旋极化缺陷中心的磁耦合相互作用。我们发现PtMg和PtCa均具有S=1的自旋三重基态和一个自旋保留的激发态。通过计算这些点缺陷在不同价态下的形成能,发现它们分别在N型掺杂的氧化镁或轻度P型掺杂的氧化钙中可以稳定存在。通过采用限制性密度泛函理论(CDFT)的方法,我们得到了这些点缺陷的光学性质:光吸收,光发射和零声子线能量。其次,通过计算两个自旋极化中心的磁耦合相互作用,发现这些缺陷中心可以在室温下进行单独的自旋比特操作。最后,通过计算超精细作用张量,为未来的实验提供理论支持。所有这些结果表明这些缺陷中心可以作为潜在固态自旋量子比特的候选材料。

关键词： 钙钛矿太阳能电池   (Cu2SnS3)x(ZnS)1-x量子点   空穴传输层   开路电压  

摘要： 可持续和环保的光伏技术为满足全球日益增长的能源需求提供了巨大的机遇。近年来,有机-无机卤化钙钛矿太阳能电池由于其直接的带隙、广泛的光吸收、较低的激子结合能、较长的载流子寿命以及低成本和易于制备等特点,受到了科研工作者们极大的关注。经过十余年的研究,钙钛矿太阳能电池的发展也达到了一个里程碑,包括功率转换效率的突破、器件稳定性问题的改进、大面积模块化的制备、柔性可穿戴和半透明电池的多样化应用等。其中钙钛矿太阳能电池的功率转换效率更是有着巨大的突破,在过去的十年中已从3.8%急剧上升到25.2%,已经能够与商业标准的硅基电池相媲美。然而,钙钛矿太阳能电池的制备成本和稳定性仍是制约其进一步发展和应用的瓶颈。在获得更高功率转换效率的前提下,如何降低器件的制备成本以及提高器件在各种环境下的稳定性成为该领域的热点问题。作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分,空穴传输层在优化功率转换效率和器件的长期稳定性方面起着至关重要的作用。目前高效的钙钛矿太阳能电池基本都是以掺杂处理的有机Spiro-OMe TAD作为空穴传输材料,这给电池的成本控制以及器件性能长期的稳定带来了不利影响。因此,寻找一种低成本、高效、稳定的空穴输运材料应用于钙钛矿太阳能电池中仍是该领域的研究热点之一。基于此,我们开发出一种(Cu2SnS3)x(ZnS)1-x量子点用作钙钛矿太阳能电池中的新型空穴传输材料,并围绕(Cu2SnS3)x(ZnS)1-x量子点展开了以下两部分的研究工作:第一部分:首先,我们通过简易的热注入法制备得出低成本、高产量且形貌均匀的Cu2SnS3量子点,并将其作为空穴传输材料应用于结构为ITO/Sn O2/(FAPb I3)1-x(MAPbBr3)x/Cu2SnS3/Au的钙钛矿太阳能电池器件中。通过优化Cu2SnS3量子点旋涂过程中的前驱体溶液浓度、旋涂转速以及退火温度等条件,我们制备出了最高功率转换效率为16.40%的钙钛矿太阳能电池器件。进一步通过表征分析对比了Cu2SnS3量子点和Spiro-OMe TAD两者的空穴抽取能力、在相同结构器件中的载流子传输、复合过程以及器件的稳定性问题。发现Cu2SnS3量子点空穴传输层有着比Spiro-OMe TAD空穴传输层更好的空穴提取能力以及湿度稳定性。研究结果表明Cu2SnS3量子点作为一种低廉、高效、稳定的空穴传输层可以有效的降低器件的成本,并对钙钛矿层的降解提供有效的保护。第二部分:在上述工作基础上,我们使用带隙比较大的ZnS与Cu2SnS3量子点进行合金,以调节Cu2SnS3量子点的带隙。为了了解不同合金配比对钙钛矿太阳能电池性能的影响,我们合成了不同配比的(Cu2SnS3)x(ZnS)1-x量子点,并将其作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料。并得出以下结论:随着ZnS的加入,钙钛矿太阳能电池的功率转换效率先升高后降低,当Cu2SnS3与ZnS的比例为7:3时,得到了最优的功率转换效率。且与基于Cu2SnS3器件的光伏参数相比(填充因子:0.71,开路电压:0.96 V,功率转换效率16.4%),引入ZnS后的基于(Cu2SnS3)0.7(ZnS)0.3空穴传输层的钙钛矿太阳能电池显示出相对更高的填充因子(0.74)和开路电压(1.02 V),进而获得了更高的功率转换效率(17.44%)。经过进一步的表征分析表明,器件填充因子和开路电压的提升,主要归因于以下因素:首先,(Cu2SnS3)x(ZnS)1-x量子点本身具有更高的电导率和空穴提取能力,从而能将钙钛矿吸收层的光生空穴快速提取并传输,以此得到更高的开路电压和填充因子。此外,基于(Cu2SnS3)0.7(ZnS)0.3量子点的器件界面处更大的电荷复合电阻和更小的空穴输运电阻也有助于空穴在界面处的传输,从而提升器件的开路电压和填充因子。

关键词： 癌症诊断治疗   谷胱甘肽   生物传感器   光热治疗   光热/化学协同治疗  

摘要： 纳米生物医用材料正在向着功能化和智能化方向发展,利用纳米材料的功能化和智能化去构建可用于疾病诊断和治疗的技术平台是近几年纳米科学与技术发展的新趋势。基于此,我们设计合成了低毒性的氮掺杂Ti3C2 MXene量子点（N-Ti3C2 QDs）和碗状聚多巴胺纳米粒子,分别应用在谷胱甘肽荧光传感器和光热/化学药物联合治疗剂的制备,以用于癌症的诊断和治疗。具体内容如下:1.荧光探针N-Ti3C2 QDs/Fe3+的构建及其对谷胱甘肽（GSH）的检测研究。首先利用水热法合成了N-Ti3C2QDs,并依据其对Fe3+的特异性响应,制备了N-Ti3C2 QDs/Fe3+生物传感器,然后基于GSH的还原性(Fe3+可以使N-Ti3C2 QDs的荧光猝灭,当存在GSH时,GSH能够将Fe3+还原为Fe2+,使N-Ti3C2 QDs的荧光恢复),从而构建了一种新型荧光传感器以用于对MCF-7细胞内过度表达GSH的高灵敏检测,其检出限可达0.17μM。此外,还验证了所制备的量子点在生物细胞成像中有潜在的应用。2.碗状聚多巴胺（b-PDA）纳米光热治疗剂的制备及其性能研究。首先制备和表征了b-PDA纳米粒子,然后通过m PEG-NH2修饰来提高该类纳米粒子的生物相容性和水相分散性。此外,还研究了b-PDA溶液的光热效应,实验表明其在近红外区有较强的吸收,在808 nm激光照射下,m PEG-b-PDA纳米粒子水溶液显示出快速升温效果,其光热转换效率为32%。基于此,所制备的b-PDA纳米粒子可被用来作为纳米光热治疗剂应用于乳腺癌细胞（MCF-7）治疗,实验结果也证明了其具有较好的光热治疗的效果,能够在体外杀死MCF-7细胞。3.光热/化学药物联合治疗剂m PEG-b-PDA/DOX的制备及其性能研究。利用b-PDA具有较大比表面积,通过物理吸附装载癌症治疗药物DOX,设计合成了m PEG-b-PDA/DOX多功能纳米材料。实验结果表明,在p H、近红外光的刺激下可实现药物DOX可控释放,同时又可以实现光热/化学药物的联合治疗,从而为多功能协同治疗的实现提供理论研究基础。

关键词： 锂离子电池   NEMD模拟   扩散   SEI膜   G/MoS2复合材料  

摘要： 近年来,随着新能源汽车等智能设备的发展,进一步提升锂离子电池(LIBs)的安全性能、充电速率及电池容量密度成为研究的热点。锂离子在电极材料中的传递性质对LIBs的性能有着重要的作用。电极材料的结构、导电性等和固体电解质界面(SEI)膜是影响锂离子传递的至关因素。针对这些因素,分子动力学和量子力学可以较为准确的对其进行计算,是非常有力的计算工具。因此,本文将运用分子动力学模拟及密度泛函理论进行探究。本文首先运用分子动力学(MD)模拟了充电过程中锂离子在石墨、MoS2及其复合材料中的迁移过程。通过计算锂离子的非平衡态扩散时间、平衡态扩散系数和吸附能,探究了石墨、MoS2层间距及边缘结构对Li-扩散的影响。结果表明,锂离子的传递扩散系数与其自扩散系数间有5～9个数量级的差别,且电极材料的结构对锂离子迁移的影响较为显著。对于G/MoS2复合材料,分析结果表明,材料复合的均匀度越高,越有利于锂离子的传递。其次文中运用非平衡态分子动力学(NEMD)模拟了不同化学成分、厚度和密度的SEI膜中锂离子的渗透率。实践证明,SEI膜的化学成分对锂离子传递的促进效果为:Li2CO3>LiF>compound>Li2O>LiOH。锂离子与SEI膜中原子之间的结合能比SEI膜的表面积、孔隙率等结构因素对锂离子传递的影响更大。且当SEI膜的渗透性较差时,锂离子更趋向于在SEI膜-真空界面处聚集。锂离子输运的过程不满足爱因斯坦扩散方程,这揭示了其传递过程非平衡态的性质。本文将化学成分、密度、厚度和渗透率之间的关系用经验方程表示,可用于快速预测SEI膜的输运特性。最后文中运用量子力学(DFT)模拟计算了 46种材料对锂离子的吸附能、储能密度和材料的导电性。得出MnS、VO2和MoO2对锂离子的吸附能及储能密度都较大,是较为理想的电极材料。在复合材料中,发现石墨与MoS2的复合均匀度和质量分数对G/MoS2复合材料的导电性能有着显著的影响。我们预测当石墨的质量分数低于5%时,G/MoS2复合材料的性质将接近纯的MoS2材料。这一结果为实验中LIBs电极材料的设计提供了新的依据。

关键词： 硒氧铋纳米薄片   硒氧铋纳米线   量子输运   超流空间分布   边缘态   相干表面态  

摘要： 寻找具有优异电子输运性质的新型低维半导体材料，不仅对于实现工业应用中的纳米尺度器件很有吸引力，而且也是作为强自旋轨道耦合系统基础研究的理想平台。　　最近，一种新型的层状氧化物半导体Bi2O2Se，由于其卓越的电子性能、超高迁移率、环境中的高稳定性和适当的能隙而备受关注。本论文通过对Bi2O2Se纳米薄片和纳米线的极低温量子输运研究，展示了Bi2O2Se在复合超导器件的构建及未来量子电子学等方面的远大应用前景。其主要内容包括:　　第一章:简要介绍Bi2O2Se的材料性质以及相关的输运实验和理论背景。然后，介绍了本文的研究动机。　　第二章:简要介绍了高质量Bi2O2Se纳米薄片和纳米线的生长以及随后的器件制备方法和过程。　　第三章:基于这种新型且具有强自旋轨道耦合的半导体材料Bi2O2Se纳米薄片构建了邻近型约瑟夫森结。通过门电压调控，不仅可以实现超流的关闭和打开，同时还可以调控超流在实空间中的路径。鉴于这些出色的性质并结合强自旋轨道耦合，我们的工作表明Bi2O2Se可以作为研究众多新奇物理现象的理想平台。　　第四章:开展了一种新型半导体材料Bi2O2Se纳米线的低温电子传输研究，意外地观察到随纵向磁场、可门电压调控的h/e周期性电阻振荡，证明了Bi2O2Se纳米线中存在一种新奇的准弹道且相位相干的表面态。数值计算的态密度与实验数据高度吻合，阐明了其产生机制是基于纳米线圆周方向形成的一维子能带，而不是通常认为的Aharonov-Bohm干涉。同时，也提出了基于能带弯曲的物理图像去定性地描述该表面态的产生。　　第五章:总结和展望。

关键词： 钙钛矿   CsPbBr3   结构优化   量子点发光二极管  

摘要： 钙钛矿材料具有稳定性好、量子产率高、色纯度高等优势,成为新一代显示技术的核心材料。然而目前发光器件由于传统结构中不平衡的载流子传输速率,限制了器件性能的提升,器件结构的优化有利于提高发光二极管(LED)器件的性能。本文以不同配体修饰的CsPbBr3为发光材料,考察了表面配体类型、配体浓度和晶粒尺寸均匀性等对LED的影响,通过引入掺杂的空穴传输材料和电子阻断层的方法提升了器件的性能,并在准二维钙钛矿PEA2[CsPbBr3]PbBr4器件中验证了器件结构的效果。论文主要研究内容如下:(1)发光材料的优化:探究了油酸油胺、辛基磷酸、双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)配体体系的CsPbBr3的光电性能,发现DDAB作为配体时器件光电性能最佳,考察了器件性能随CsPbBr3平均尺寸和表面配体浓度的变化,获得0.08%的器件外量子效率。(2)器件结构的优化:通过poly-TPD与PVK掺杂对空穴传输材料进行改性,考察了其掺杂比例以及电子阻断层对器件性能的影响,得到0.53%的器件外量子效率,实现了 662.5%的提升,通过UPS、霍尔效应测试和对电流密度的测试证实效率的提升来自于器件结构中载流子传输速率的平衡。(3)器件结构性能的验证:利用“一步旋涂反溶剂法”制备了 PEA2[CsPbBr3]PbBr4准二维钙钛矿薄膜,考察了掺杂比例以及电子阻断材料浓度对器件性能的影响,在准二维钙钛矿器件中得到0.25%的器件外量子效率,证实了器件结构优化对量子点器件以及准二维钙钛矿器件的性能提升具有明显的效果。