本文關鍵詞：分子體系及半導體微納結(jié)構的超快動力學研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本博士論文工作包括兩個部分：(一)分子體系“暗”三重態(tài)空間的超快動力學研究；(二)半導體微納結(jié)構的超快動力學研究：(1)半導體-金屬-石墨烯三元堆疊復合結(jié)構的超快動力學研究；(2)二維BiOCl材料的超快動力學研究。(一)分子三重態(tài)空間的超快動力學研究 對于分子體系而言,一般均具有自旋多重度不同的單重激發(fā)態(tài)和三重激發(fā)態(tài)。常規(guī)的光探測的方法技術,僅能直接探測與基態(tài)自旋多重度相同的激發(fā)態(tài)。如何揭示“暗”態(tài)空間動力學行為,仍然是光物理和光化學領域的一個棘手難題。對于單重態(tài)-三重態(tài)耦合的分子體系而言,“明”單重態(tài)空間的動力學行為可以通過常規(guī)的飛秒泵浦-探測光譜檢測得到。但是,由于一些快速的弛豫過程(例如振動弛豫、內(nèi)轉(zhuǎn)換等過程)的存在,提取出純凈的“暗”三重態(tài)空間動力學行為是非常困難的。為此,我們發(fā)展了一種新穎的實驗方法對三重態(tài)空間的行為進行探測。我們采用超快的寬帶連續(xù)白光作為激發(fā)光源以增強系間竄躍的可能性,促進布居從單重態(tài)空間向三重態(tài)空間轉(zhuǎn)移。我們選用孔雀石綠分子作為模型體系,通過一套時間反轉(zhuǎn)的pump-probe實驗,實時監(jiān)測三重態(tài)空間的調(diào)制發(fā)射信號,從而對純?nèi)貞B(tài)空間的動力學行為進行了實時描畫。這種新方法為分子發(fā)光學、光子學等相關研究打開一扇新窗。 (二)半導體微納結(jié)構的超快動力學研究 (1)三元復合體系半導體-金屬-石墨烯的超快動力學研究 通過常規(guī)的材料設計來抑制光催化半導體中電子-空穴的復合效率還存在很大的挑戰(zhàn)。我們與本單位的合作者精心設計并構筑了一種新型的半導體-金屬-石墨烯三元堆疊復合結(jié)構,通過對超快光譜和熒光譜的細致解讀,輔以理論計算以及光電流測試、與參比材料的對比分析等,揭示了該三元復合結(jié)構的設計在機理上的優(yōu)越性。我們選取較高功函的金屬Pd作為橋梁連接{100}面的Cu20半導體與二維導電材料石墨烯。由于肖特基勢壘的存在,半導體中光生載流子向金屬Pd轉(zhuǎn)移,聚集到金屬表面的光生載流子隨后通過堆疊結(jié)構底層的二維石墨烯導出,這樣既有效地減少了Pd點綴Cu20復合結(jié)構的界面缺陷,又解決了傳統(tǒng)Pd-Cu2O殼核結(jié)構中內(nèi)核電荷無法導出的問題,從而有效地提高了半導體中電子-空穴的分離效率。光解水的實驗則證實了該三元堆疊結(jié)構(相比于其它以Cu2O半導體為基礎的參比復合結(jié)構)具有明顯高效的電子-空穴分離效率。 (2)二維BiOCl材料的超快動力學研究 鹵氧鉍這種新型的二維光催化材料,因其特殊的層狀結(jié)構和電子特征從而備受關注。就BiOCl而言,其{001}面的調(diào)控是提高光催化效率的關鍵。然而,目前對于其催化作用機制的研究相當匱乏。我們采用飛秒時間分辨的泵浦-探測技術研究了與二維BiOC1材料表面缺陷態(tài)相關的超快載流子動力學行為,獲得了一些機理層面的初步認識。接下來我們將繼續(xù)開展更為系統(tǒng)的超快光譜實驗,從而挖掘更深層的微觀機理。
【關鍵詞】：飛秒時間分辨泵浦-探測技術 超快瞬態(tài)吸收光譜 單重態(tài) 三重態(tài) 系間竄躍 調(diào)制發(fā)射 半導體光催化 肖特基勢壘 載流子動力學 表面缺陷態(tài)
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN303
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目錄10-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 引言13
• 1.2 超快激光的發(fā)展及技術簡介13-18
• 1.2.1 超快激光的發(fā)展簡介13-15
• 1.2.2 超快激光的產(chǎn)生與放大技術15-18
• 1.3 超快瞬態(tài)光譜測量技術18-22
• 1.4 超快光譜技術的應用22-23
• 1.5 本論文的主要內(nèi)容安排23-26
• 參考文獻26-29
• 第二章 凝聚相體系超快過程介紹29-49
• 2.1 分子體系中的超快過程29-34
• 2.1.1 無輻射躍遷29-31
• 2.1.2 輻射躍遷31-32
• 2.1.3 液相分子體系超快過程中的一些規(guī)則介紹32-34
• 2.2 半導體光催化34-44
• 2.2.1 半導體中載流子的超快過程35-38
• 2.2.2 半導體光催化的一般原理38-39
• 2.2.3 半導體光催化的應用39-40
• 2.2.4 金屬與半導體的接觸40-44
• 參考文獻44-49
• 第三章 實驗裝置49-63
• 3.1 飛秒激光系統(tǒng)49-50
• 3.2 泵浦-探測系統(tǒng)50-53
• 3.3 啁啾校正53-57
• 3.3.1 群速彌散補償55-56
• 3.3.2 相位調(diào)制56-57
• 3.4 熒光探測系統(tǒng)57-60
• 3.5 本章小結(jié)60-61
• 參考文獻61-63
• 第四章 分子體系“暗”三重態(tài)空間的超快動力學研究63-89
• 4.1 引言63-64
• 4.2 實驗方法64-67
• 4.2.1 飛秒pump-probe實驗方法65-66
• 4.2.2 穩(wěn)態(tài)吸收和熒光光譜測量66-67
• 4.2.3 第一性原理計算67
• 4.3 實驗結(jié)果和討論部分67-84
• 4.3.1 MG分子的紫外可見吸收譜和穩(wěn)態(tài)熒光譜67-68
• 4.3.2 MG分子的能級圖68-70
• 4.3.3 三重態(tài)空間調(diào)制發(fā)射ME信號觀測70-73
• 4.3.4 三重態(tài)空間瞬態(tài)發(fā)射信號的特征及歸屬73-74
• 4.3.5 白光的控制實驗驗證三重態(tài)瞬態(tài)發(fā)射的歸屬74-78
• 4.3.6 排除MG分子的熒光干擾78-79
• 4.3.7 常規(guī)的pump-probe輔助實驗79-82
• 4.3.8 理論模擬82-84
• 4.4 本章小結(jié)84-85
• 參考文獻85-89
• 第五章 半導體復合體系的超快動力學研究89-113
• 5.1 引言89-90
• 5.2 實驗樣品的制備90-92
• 5.2.1 純的納米立方體Cu_2O的合成90
• 5.2.2 金屬Pd點綴的Cu_2O納米立方體的合成90
• 5.2.3 殼核結(jié)構的Pd-Cu_2O、Cu_2O-rGO復合體系、Pd點綴的Cu_2O-rGO復合體系的合成90-91
• 5.2.4 Cu_2O-Pd-rGO堆疊結(jié)構的合成91-92
• 5.3 實驗方法92-93
• 5.4 實驗結(jié)果與討論部分93-108
• 5.5 本章小結(jié)108-109
• 參考文獻109-113
• 第六章 二維材料BiOCl的表面缺陷態(tài)超快動力學研究113-125
• 6.1 引言113-114
• 6.2 實驗樣品的制備114
• 6.2.1 BiOCl超薄納米片的制備114
• 6.2.2 BiOCl厚片材料的制備114
• 6.3 實驗方法114-115
• 6.4 實驗結(jié)果與討論115-122
• 6.5 本章小結(jié)122-123
• 參考文獻123-125
• 第七章 總結(jié)及展望125-127
• 致謝127-129
• 攻讀博士期間已發(fā)表及待發(fā)表的研究論文129-131

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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本文編號：264084