LaBO3_KNbO3 (B=Al，Ga)钙钛矿异质界面的输运特性与光催化性能研究.pdf

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1、硕士学位论文LaBO3/KNbO3(B=Al,Ga)钙钛矿异质界面的输运特性与光催化性能研究TRANSPORTANDPHOTOCATALYSISPROPERTIESOFLaBO3/KNbO3(B=Al,Ga)PEROVSKITEHETEROINTERFACE武文静哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O484学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文LaBO3/KNbO3(B=Al,Ga)钙钛矿异质界面的输运特性与光催化性能研究硕士研究生：武文静导师：李均副教授申请学位：理学硕士学科：物理学所在单位：物理系答辩日

2、期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O437U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinScienceTRANSPORTANDPHOTOCATALYSISPROPERTIESOFLaBO3/KNbO3(B=Al,Ga)PEROVSKITEHETEROINTERFACECandidate：WuWenjingSupervisor：A/Prof.LiJunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：PhysicsA

3、ffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要近年来材料界面的性质一直是物理、化学、材料等学科的研究热点，由于界面材料电子结构的不连续性，带来了一些与众不同新奇物性。LaAlO3/SrTiO3极性-非极性氧化物界面自从其被发现存在界面二维电子气之后就吸引了众多关注，体系界面处高迁移率的二维电子气以及磁性、超导等丰富的物理性质，使其有望成为下

4、一代新型氧化物电子器件材料。本论文以LaAlO3/SrTiO3的现有研究成果为背景，为了提高体系的界面载流子密度和迁移率，进一步挖掘该体系光催化性能。使用第一性原理计算方法搭建了LaBO3/KNbO3(B=Al,Ga)氧化物异质结界面，研究了体系的电子结构、输运特性和光催化特性。首先，对三种构成异质结的钙钛矿晶体铌酸钾、铝酸镧和镓酸镧进行优化计算，分析该体系的失配率和带边位置，发现其满足构成异质结的条件。接着对LaBO3/KNbO3氧化物异质结界面进行搭建，几何结构优化后计算异质结的分裂能、键长和平均静电势，分析异质结的稳定性、几何特性。发现界

5、面两侧存在方向相反的极化场，使载流子在异质结中较为平均的分布。然后改变LaBO3晶胞层数m，探讨了(LaBO3)m/KNbO3异质结的导电性与界面处二维电子气的输运性质。由电子结构分析，LaBO3/KNbO3异质结体系都是导电的，不存在临界厚度。随着LaBO3晶胞层数增加，体系赝带隙趋于闭合，这个过程LaAlO3比LaGaO3更为敏感，而离子弛豫相当于退极化场的作用。LaBO3/KNbO3界面载流子密度为LaAlO3/SrTiO3的2倍以上，并且拥有更小的有效质量，其电导率为LaAlO3/SrTiO3的6倍左右。相比而言，LaAlO3/KNbO

6、3异质结的输运性能更佳，并且LaBO3的层数m越大，输运特性越优。最后探究了(LaBO3)m/KNbO3异质结界面的光催化性能。搭建了三明治式结构的p-n型界面氧化物异质结界面。通过能级匹配对比，KO-KO终端面、KO-NbO2终端面、NbO2-KO终端面和NbO2-NbO2终端面这四种终端的异质结都可以作为光催化分解水的还原催化剂，但无法用作氧化催化剂。由光吸收谱，KO-KO终端面和NbO2-NbO2终端面的异质结在红外-可见光区有明显的吸收峰。增加KNbO3层数，伴随着吸收峰位置的红移；而光吸收特性对于中间层的变化不敏感。这样的光吸收变化趋

7、势与异质结的能带结构特性相关，光吸收的性质主要取决于直接带隙，随着赝带隙宽度减小，导致吸收峰的位置红移。关键词：第一性原理；二维电子气；电子结构；输运性质；光催化-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractTheresearchonpropertiesoftheinterfacebetweendifferentmaterialshasbeenthehotspotinthestudyofphysics,chemistryandmaterialsrecently.Thediscontinuityofelectronicstructureof

8、differentinterfacematerialswillbringsomeunusualnovelty.TheLaAlO3/SrTiO3pola