镓基半导体纳米材料的电子结构调控与性能优化

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1、分类号：TN304.2单位代码：10183研究生学号：2015431014密级：公开吉林大学博士学位论文镓基半导体纳米材料的电子结构调控与性能优化ElectronicStructureTuningofGallium-BasedSemiconductorNanomaterialsforPerformanceOptimization作者姓名：陈辉专业：材料学研究方向：无机功能材料与器件指导教师：魏存弟教授培养单位：材料科学与工程学院2018年6月－―――――――――――――――――――――――――――――――――――镓基半导体纳米材料的电子结

2、构调控与性能优化－―――――――――――――――――――――――――――――――――――ElectronicStructureTuningofGallium-BasedSemiconductorNanomaterialsforPerformanceOptimization－―――――――――――――――――――――――――――――――――――作者姓名：陈辉专业名称：材料学研究方向：无机功能材料与器件指导教师：魏存弟教授学位类别：工学博士培养单位：材料科学与工程学院论文答辩日期：2018年5月29日授予学位日期：年月日论文评阅人：答辩委员会

3、组成：姓名职称工作单位姓名职称工作单位盲审专家正高级同济大学主席邢艳教授东北师范大学盲审专家正高级中南大学委员徐维林研究员中科院长春应化所盲审专家正高级中国科学院过程卢晓峰教授吉林大学工程研究所李昊龙教授吉林大学蒋引珊教授吉林大学苗世顶教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文

4、，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》

5、给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：材料学论文题目：镓基半导体纳米材料的电子结构调控与性能优化作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市人民大街5988号吉林大学南岭校区材料科学与工程学院（130022）作者联系电话：15104460847摘要摘要镓基半导体纳米材料的电子结构调控与性能优化具有d10电子构型的镓基氧化物是一类重要的化合物半导体，作为光催化剂和气体传感器的敏感材料受到广泛研究。半导体材料的本征性能与它们

6、的电子结构密切相关，因此可以通过调控半导体的电子结构，优化半导体的能带、载流子的浓度和迁移特性，从而促进镓基半导体表面的气敏或光催化反应。此外，随着纳米科技的蓬勃发展和纳米材料研究的不断深入，人们意识到微纳结构形态对材料的功能同样有显著的影响。作为纳米结构单元的重要一环，纳米纤维有着定向的电子传输通道和较大的比表面积等优势，成为催化、传感和储能等领域的研究热点之一。本论文以半导体镓基氧化物为研究模型，以静电纺丝作为制备方法，得到一系列多孔镓基氧化物纳米纤维，通过分析光催化和气敏反应中的关键影响因素以及优化半导体材料的电子结构，实现了对镓基

7、氧化物光催化性能和气敏性能的显著提升，并进一步阐释了这些材料的电子结构与功能特性之间的内在联系。主要研究内容如下：1、在原子尺度上优化半导体光催化剂的电子结构，促进光子激发产生电子-空穴对、推动电子-空穴对有效分离和迁移到催化材料表面参与氧化还原反应，对于合成理想的光催化剂具有重要意义。我们以β-Ga2O3为研究模型，通过In原子掺杂首次得到一种具有原子层厚度孔壁的多孔镓铟双金属氧化物（Ga1.7In0.3O3）纳米光催化剂。第一性原理计算表明，原子层厚度孔壁的多孔Ga1.7In0.3O3具有独特的电子结构，其价带顶和导带底分别位于超薄孔

8、壁的两侧表面。因此受到光子激发后，产生的电子-空穴对直接在超薄孔壁的两侧表面形成，极大地缩短了电子-空穴对从产生位点到催化位点的迁移距离。同时，Ga1.7In0.3O3超薄孔壁的两侧表面存在静