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碳环在多晶GeSb2Te4相变材料中的作用
摘要： 碳（C）用于提升锗锑碲（Ge-Sb-Te，GST）相变存储材料的整体性能。然而多晶GST中碳的构型及其微观作用机制尚不明确。本研究以研究较为充分的GeSb2Te4为例，基于第一性原理计算揭示了碳掺杂的微观作用。结果表明：在极低碳浓度下，碳原子倾向于占据间隙位；当碳浓度超过约2%的临界值时，碳原子会在晶界处聚集，仅少量可能存在于间隙位；随着碳浓度进一步增加，碳原子更易在晶界形成环状而非链状构型——这是因为环状构型中的共价键比链状构型更强。通过对孤对电子和电子态密度的深入分析发现，碳掺杂剂会显著改变周围原子的孤对电子数量，从而影响电子结构。最后估算出400K时碳的扩散系数约为10^-13 m^2/s量级，表明碳掺杂剂在GeSb2Te4中具有良好的稳定性。本研究为理解碳掺杂在GST相变材料中的微观作用提供了基础认知，有助于通过控制掺杂浓度来改善存储材料的性能。
关键词： 从头算分子动力学模拟，从头算计算，相变材料，晶界，GeSb2Te4，碳掺杂
更新于2025-09-23 15:23:52
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受生物启发的碳掺杂石墨相氮化碳实现光催化产氢性能大幅提升
摘要： 本研究中，将多功能生物质木棉纤维（KF）与三聚氰胺混合，通过一步热解法制备了碳改性的石墨相氮化碳（CCN）。KF分解后形成的生物炭带状边缘作为CCN外延生长的基底。研究考察了其光催化水分解制氢（H2）活性，首次运用博弈论中的纳什均衡分析催化剂间的产氢速率。KF分解碳掺杂后在薄层CN表面形成的生物炭带状边缘，提升了表面析氢反应的电荷分离与转移效率。该CCN展现出优异的可见光驱动光催化活性，其产氢速率（18.89 μmol/h）较原始CN（0.28 μmol/h）提高67.5倍。在单色光λ=420、λ=470和λ=550 nm波长下，表观量子产率分别计算为4.1%、1.4%和0.66%。
关键词： 木棉纤维、碳掺杂、氮化碳、光催化
更新于2025-09-23 15:22:29
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含碳光催化剂的研究进展：综述
摘要： 毫无疑问，由于碳物质的掺杂耦合效应，碳基（纳米）复合材料有望成为具有更高光催化活性的光催化剂。本微型综述聚焦于碳基（纳米）复合材料光催化剂的最新研究进展。二氧化钛作为典型光催化剂广为人知，我们特别关注各类碳-二氧化钛复合材料，包括碳掺杂二氧化钛、氮-碳共掺杂二氧化钛、金属-碳共掺杂二氧化钛及其他复合掺杂型碳/二氧化钛材料。综述了溶胶-凝胶法、溶剂热/水热法及模板导向法等制备碳基二氧化钛复合材料的多种合成策略。同时总结了碳/石墨相氮化碳（g-C3N4）复合材料与三元碳掺杂复合材料，分别归因于g-C3N4独特的电子结构及三元界面的协同效应。最后基于现有认知，展望了含碳物质光催化剂的未来发展方向。
关键词： （纳米）复合材料、协同效应、g-C3N4、碳掺杂、光催化剂、TiO2
更新于2025-09-23 15:22:29
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通过碱土金属硼酸盐在低温退火条件下向h-BN中掺杂碳以实现光氧化还原活性
摘要： BCN（氮化硼碳）纳米片因其可调的带隙和独特性质，有望成为通过可见光驱动水分解和二氧化碳还原制备太阳能燃料的光催化剂材料。从热力学角度看，通过热退火向六方氮化硼（h-BN）中掺杂碳元素虽能制备出在可见光照射下具有光催化活性的BCN纳米片，但通常需要极高温度（>1250°C）。本研究报道了一种新方法：通过添加碱土金属化合物，在低于平衡态的退火温度（1000°C）下制备具有可见光光催化活性的BCN纳米片。在硼酸盐熔体中形成的BCN纳米片呈现清晰的层状结构，具有可调带隙，并在可见光照射下展现出水分解和二氧化碳还原的光催化活性。这为利用碱土金属硼酸盐在低温退火条件下向h-BN中掺杂其他元素提供了方向。
关键词： h-BN（六方氮化硼）、低退火温度、BCN纳米片、水分解、二氧化碳还原、碳掺杂、光氧化还原活性、碱土金属硼酸盐
更新于2025-09-22 17:21:58
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第一部分：AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中GaN缓冲层碳掺杂引发延迟雪崩效应的物理机理解析
摘要： 本文讨论了通过碳掺杂GaN缓冲层提升AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管击穿电压的物理机制。针对碳作为受主陷阱和自补偿型受主/施主陷阱对雪崩击穿的影响建立了模型，并详细分析了碳同时表现为施主与受主陷阱时对电场弛豫及雪崩产生的作用，从而揭示了延缓雪崩效应的GaN中碳的本质特性?；诙訥aN缓冲层碳掺杂行为的理解，进一步探讨了相关缓冲层设计参数，包括未掺杂沟道厚度、碳掺杂诱导的相对陷阱浓度等参数对击穿电压、漏电流、面电荷密度及动态导通电阻等性能指标的影响。
关键词： AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管、击穿电压、自补偿陷阱、施主陷阱、受主陷阱、缓冲层设计、碳掺杂
更新于2025-09-10 09:29:36
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第二部分：独立调控GaN缓冲层中施主与受主陷阱浓度的方案——实现超高击穿AlGaN/GaN HEMT器件
摘要： 本文第一部分中，我们深入探究了C掺杂GaN缓冲层中受主与施主陷阱对AlGaN/GaN HEMT器件雪崩击穿的作用机理及影响规律，发现施主陷阱是解释击穿电压提升现象的必要因素。本文提出并研究了硅掺杂作为独立调控施主陷阱浓度与分布的替代方案。基于第一部分所述实现高击穿缓冲层所需的受主/施主陷阱相对浓度要求，本文进一步提出并探索了GaN缓冲层的硅碳共掺方案。通过雪崩现象物理机理及受主/施主陷阱作用的深入分析，验证了击穿电压提升方案的可行性。文中系统阐述了GaN缓冲层设计参数对击穿电压及漏电流的影响规律，最终提出改进型GaN缓冲层硅掺杂分布方案——通过降低GaN沟道附近的C掺杂浓度来缓解缓冲层受主陷阱的不利影响。
关键词： 击穿电压、施主陷阱、碳掺杂、受主陷阱、硅掺杂、AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管、缓冲层掺杂分布
更新于2025-09-10 09:29:36
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实现Π电子在石墨相氮化碳中的高效掺杂以显著提升产氢性能
摘要： 过去十年间，石墨相氮化碳（g-C3N4）因其不含金属且能稳定产氢（H2）而取得快速进展。值得注意的是，密度泛函理论计算表明，在g-C3N4中用碳取代氮可增加π电子可用性，从而显著提升光催化产氢效率。但由于氮的电负性高于碳，构建这种含碳g-C3N4一直颇具挑战。本研究报道了一种通过富π电子的巴比妥酸与三聚氰胺共聚、并采用简易微波辅助加热将碳引入g-C3N4的快速高效策略，从而解决了传统电炉加热中因巴比妥酸与三聚氰胺升华温度不匹配导致的严重挥发问题。优化碳掺杂含量后的g-C3N4催化剂在可见光照射下产氢活性显著提升，最高产氢速率达25.0 μmol h-1，较相同单体经传统电炉加热制备的g-C3N4（1.3 μmol h-1）提高了近20倍。因此，这种微波辅助加热策略可能成为向g-C3N4引入π电子并显著改善其光催化性能的极简途径。
关键词： 碳掺杂、微波、氮化碳、光催化、π电子
更新于2025-09-09 09:28:46
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实现Π电子高效掺杂石墨相氮化碳以显著提升产氢性能
摘要： 过去十年中，石墨相氮化碳（g-C3N4）因其不含金属且具有高度稳定的产氢性能而取得快速进展。值得注意的是，密度泛函理论计算表明，在g-C3N4中用碳取代氮可增加π电子可用性并提升光催化产氢效率。然而，由于氮的电负性高于碳，构建这种含碳g-C3N4一直颇具挑战。本研究报道了一种通过微波辅助加热快速高效地将富π电子的巴比妥酸与三聚氰胺共聚掺碳的新策略，从而解决了传统电炉加热中因巴比妥酸与三聚氰胺升华温度不匹配导致的严重挥发问题。经优化碳掺杂含量后，该g-C3N4催化剂在可见光照射下产氢量显著提升，最高产氢速率达25.0 μmol h-1，较采用相同单体经传统电炉加热制备的g-C3N4（1.3 μmol h-1）提高了近20倍。因此，这种微波辅助加热策略为向g-C3N4引入π电子并显著提升其光催化性能提供了一种极其简便的途径。
关键词： 碳掺杂、微波、氮化碳、光催化、π电子
更新于2025-09-09 09:28:46
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通过掺入碳抑制锗中磷δ掺杂层的分凝现象
摘要： 据报道，锗（Ge）中成功形成了陡峭的磷（P）δ掺杂分布。当通过分子束外延（MBE）直接在表面残留碳杂质的锗晶圆上生长P δ掺杂层时，即使在顶部生长了锗覆盖层后，仍有超过一半的磷原子被成功限制在初始掺杂位置几纳米范围内。另一方面，在碳含量极低的锗缓冲层上生长的相同P层则显示出显著展宽的P浓度分布。具有碳辅助陡峭P δ掺杂层的Au/Ti/Ge覆盖层/P δ掺杂/n-Ge结构的电流-电压特性显示：当P剂量高于1×101? cm?2且覆盖层厚度薄至5 nm时，展现出优异的欧姆特性。因此，在P掺杂层周围引入碳是实现锗中超浅结的有效方法。
关键词： 锗、碳掺杂、分子束外延、欧姆接触、磷δ掺杂
更新于2025-09-04 15:30:14