纳米金属氧化物中氧空位和表面结构导致的发光特性研究

Indium oxide is a kind of direct band-gap semiconductor, and it has not photoluminescence at room temperature. Recent investigations suggest that indium oxide nanostructures can display fluorescence phenomena located at near UV to the visible light region, and broad band fluorescence characteristics can be observed. However, researches to their light-emitting characteristics are still in initial stage, needs to clarify their fluorescence mechanism and explore its potential applications. Cuprous oxide is another important material, which has potential application in solar cells and photocatalytic. It is a rare P-type semiconductor oxide material. Meanwhile, it also displays n-type structure in some nanostructures. Their intrinsic physical mechanisms are still controversy. How to improve the stability of their optical activity also becomes a hot issue. In this project, different morphology nanostructures with different type oxygen vacancy are fabricated by various experimental methods, to disclose their luminescence properties via experimental analysis and theoretically calculation. The similar methods are adopted to obtain different size and morphology cuprous oxide nanostructure. Surface passivation technology is used to study their relation between surface structure and optical activity, meanwhile, looking for a stable structure with high optically active.

氧化铟是一种直接宽带隙的半导体材料，常温下的体材料其并不发光，但近年的研究表明，纳米结构的氧化铟也出现荧光现象，其范围由近紫外到可见光区域，展现宽频带荧光特性。但这些发光特性的研究都还处在新现象的发现阶段。有必要研究它们相应的发光机理，拓宽其应用范围。氧化亚铜是另外一种在太阳能电池和光催化材料等方面有重要应用前景的材料，是少有的P型半导体氧化物材料，近年来研究发现其在纳米结构时，也存在n型结构，但目前这仍然是学术界研究争论的焦点。同时如何提高其光活性的稳定性，也是研究热点。本项目通过不同的制备方法，从实验上制备出不同氧缺陷结构的氧化铟纳米材料，研究其发光特性，并从理论上进一步证实发光与氧缺陷类型的关系。同样采用不同的制备方法制备出不同形貌及大小的氧化亚铜纳米材料，通过表面钝化，研究它的表面结构与光活性的关系，寻找相应光活性稳定的结构。

本课题的主要从实验和理论两方面探索金属氧化物半导体纳米材料结构中由尺寸、形状、表面和界面等特征变化引起新的光学特性及其他物理特性。取得了以下这些阶段性成果：.1、通过晶体分割实现氧化物光催化特性的增强，我们通过一个简单的化学气相沉积法制备出具有截角的八面体In2O3颗粒，理论分析和实验结果表明其光催化方面的增强来自与｛100｝晶面。.2、具有截角的氧化铟纳米线在氢环境下退化处理后具有更强的光电化学水分解的功能，这个结果为提供设计和制备晶体面切割的纳米线能提高光电化学水分解提供实验依据。.3、通过Raman散射光谱证实Y2O3纳米颗粒表面存在活性氧分子。.4、证实了在3C-SiC和纳米金属氧化物的接触面之间存在强烈的声子和等离子耦合作用；我们的结果进一步揭示了声子模和等离激元的相互作用的基本机制和基本原理。.5、通过实验和理论计算第一次证实了碳量子点的光致发光来自于三离子态。 .6、氮掺杂氧化锡纳米晶体的绿光发射来自与氮掺杂和氧空位的相互作用的结果。这个结果进一步揭示了氮掺杂氧化锡纳米晶体的光致发光机制以及将推动氧化锡纳米晶体的应用。.7、通过拉曼光谱研究氧化锡表面张力与氧空位之间的关系，表明其拉曼光谱与晶体结构的氧空位类型不同而明显不同，这个方法同样适用于鉴定氧空位类型与其纳米晶体结构表面应力的关系。.8、通过对金属氧化物晶粒表面活性对其磁性的影响的研究揭示之前报道的包裹对其磁性影响看似无规律性实际是有规律的，同时也提供了调节和优化纳米氧化物磁性的方法。.9、通过调整氧化锌纳米晶体的形状、大小、团聚以及表面活性成分以达到调制光致发光、磁性和细胞毒性。这些结果将扩大ZnO纳米颗粒的应用。.10、鉴别TiO2单晶表面与声子和等离子体耦合相关的氧空位方法。我们通过激光照射获得氧空位，拉曼光谱表明Eg模的能量改变了。理论计算表明声子震动和等离子体强烈的耦合效应与表面的氧空位有关，此结论与实验结果相吻合。