二维黑磷的制备及光电器件研究进展

黑磷有随层数可调的直接带隙和独特的各向异性结构等众多优异的性质,因此近年来受到科研人员的广泛关注。本文概述了二维黑磷的制备方法,重点综述了黑磷独特的非线性光学性质、各向异性光学性质及它在光电器件中的应用。最后,对黑磷的应用前景与一些亟待解决的问题做了简单的讨论。     

二维黑磷的制备及光电器件研究进展

黑磷有随层数可调的直接带隙和独特的各向异性结构等众多优异的性质,因此近年来受到科研人员的广泛关注.本文概述了二维黑磷的制备方法,重点综述了黑磷独特的非线性光学性质、各向异性光学性质及它在光电器件中的应用.最后,对黑磷的应用前景与一些亟待解决的问题做了简单的讨论.     

单层黑磷和蓝磷扩展分子结的电子输运特性

本工作应用非平衡格林函数理论和密度泛函理论研究了二维材料单层黑磷扩展分子结和蓝磷扩展分子结的电子输运特性,以及在应力作用下能隙和伏安特性的变化特点。结果发现,两种扩展分子结在发生应变(拉伸和压缩)过程中,随着应变(拉伸和压缩)的增加,HOMO能量和LUMO能量逐步靠近,导致能隙逐渐降低,分别减小了0.67eV和1.33eV。能隙降低,同时导通轨道间隔和导通轨道迁移率也降低,导致伏安特性曲线中量子化台阶逐渐消失,出现了类似金属的I-V曲线特点。此外,单层黑磷扩展分子结在0.75~2.00V范围内产生稳定电流,有望应用于电路中的稳流装置。     

黑磷在离子电池中的应用研究进展

新型纳米材料黑磷呈二维折叠层状结构,具有独特的光电特性,其理论容量大、载流子迁移率高、氧化还原电位低、带隙可调,在电化学储能、光催化制氢、癌症靶向治疗等领域应用前景广阔。尤其是在电化学储能领域,因其高达2 596 mAh/g的理论比容量,已被作为锂离子电池与钠离子电池的负极材料得到了广泛的应用,是可充电电池理想的负极材料之一。综述了黑磷在离子电池领域的应用,旨在为后续黑磷的结构设计奠定基础,为储能领域蓬勃发展铺平道路。     

黑磷量子点的低温电化学辅助制备及稳定性研究

采用低温电化学阳极剥离黑磷的方法,剥离1h制备出黑磷量子点,并研究了其稳定性,最终提出剥离机理。采用透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱等测试方法对黑磷量子点的微观形貌、晶体结构、光学性质和稳定性等进行表征。结果表明,黑磷量子点的平均直径为6.4±1.5 nm,尺寸较小;材料不含有其他杂质,纯度较高;其氧化程度很低,暴露于空气中仍具有良好的稳定性。此外,该方法耗时短且绿色环保,有利于促进纳米黑磷的制备及应用。     

二维黑磷物理性质及化学稳定性的研究进展

1914年科研工作者首次合成了黑磷的块体形式。在黑磷沉寂了100年之后,2014年人们成功地将其薄化到少层状态,得到了新型二维纳米材料——二维黑磷。它是由磷原子堆叠而成的单一元素的二维层状半导体材料,具有合适的可控直接带隙、高的载流子迁移率、高的漏电流调制率、较高的开关电流比、良好的导电导热能力和明显的平面各向异性等性质,在低维无机半导体领域备受关注。二维黑磷是一种具有众多优异性质的内禀p型材料,但在空气中的不稳定性使得目前还不能分离得到大面积磷烯(即单原子层黑磷)薄膜,这限制了二维黑磷的应用。本文综述了自2014年以来国内外关于二维黑磷的研究进展,系统介绍了二维黑磷的结构、制备与性质,重点归纳了包括电学性质、光学性质、力学性质、热学性质和磁学性质在内的物理性质及化学稳定性。最后总结并展望了二维黑磷作为电子材料的广阔前景。     

黑磷及黑磷烯在储能领域的应用研究进展

黑磷是一种结构类似于石墨的层状材料,单原子层厚的黑磷被称为黑磷烯。黑磷及黑磷烯在储能领域具有很好的应用前景。详细介绍了黑磷、黑磷烯及其复合材料在二次电池、超级电容器中的应用研究现状,并对其发展前景进行了展望。     

黑磷纳米光催化材料研究进展

黑磷(black phosphorous,BP)作为一种新型的二维材料,具有基于层数可调节的带隙(0.3～2.0 e V)和高的载流子迁移率(1000 cm2·V-1·s-1)等特性,在光催化领域被广泛关注.黑磷在可见光及近红外光区域具有强的吸收,是一种宽光谱响应的半导体光催化材料,具有其他材料无法比拟的优点;高的载流...     

化学气相运输法制备正交黑磷

黑磷(Black phosphorus, BP)以其优异而独特的物理化学性质在能源储存与转换、微纳器件、光/电催化和生物医药等领域展现出良好的应用前景。高质量正交BP前体制备是实现二维BP和零维BP量子点应用的关键。本工作采用无温度梯度的化学气相运输(CVT)法研究了矿化剂组分和比例对BP生长的影响。结果表明, 只有锡(或铅)和碘共存且比例合适时才能制备得到正交BP; 生长BP所需的锡碘质量比w(Sn/I₂)范围较宽, 当w(Sn/I₂)=0.47时制得的BP尺寸为1.2 cm, 且产率高、晶体质量较优。结合BP的成核生长机理可知, 锡和碘都对BP的成核生长具有重要作用; 碘的矿化效果较锡明显, 而足量的锡有利于无温度梯度条件下大尺寸块体BP晶体的合成。w(Sn/I₂)=0.47为本工作中制备BP的最佳砂化剂配比。     

可溶性聚吡咯甲烯衍生物的制备与表征

采用逐步分子设计思想,制备了一种溶解性、成膜性优良的聚{（3-丙酰基）吡咯-[2,5-二（对十四烷氧基苯甲烯）]}（PPPDTBE）,并对PPPDTBE的分子结构和性能进行表征与分析。热失重曲线显示,PPPDTBE的热分解过程分为两个阶段,分别对应丙酰基和对十四烷氧基苯基的分解。紫外-可见吸收光谱表明,PPPDTBE氯...     

Phosphorene and Phosphorene‐Based Materials – Prospects for Future Applications

Phosphorene, a single‐ or few‐layered semiconductor material obtained from black phosphorus, has recently been introduced as a new member of the family of two‐dimensional (2D) layered materials. Since its discovery, phosphorene has attracted significant attention, and due to its unique properties, is a promising material for many applications including transistors, batteries and photovoltaics (PV). However, based on the current progress in phosphorene production, it is clear that a lot remains to be explored before this material can be used for these applications. After providing a comprehensive overview of recent advancements in phosphorene synthesis, advantages and challenges of the currently available methods for phosphorene production are discussed. An overview of the research progress in the use of phosphorene for a wide range of applications is presented, with a focus on enabling important roles that phosphorene would play in next‐generation PV cells. Roadmaps that have the potential to address some of the challenges in phosphorene research are examined because it is clear that the unprecedented chemical, physical and electronic properties of phosphorene and phosphorene‐based materials are suitable for various applications, including photovoltaics.     

磷烯光催化分解水研究进展

半导体光催化分解水被认为是解决全球能源短缺和环境污染问题的潜在途径之一。近年来,磷烯(BP)由于具有带隙可调、空穴迁移率高、吸收光谱宽等特性而在光催化分解水方面得到了广泛关注。本文综述了国内外近年来在磷烯光催化分解水领域所取得的重要研究进展,总结了磷烯基光催化剂的合成方法、表面修饰和异质结构构建等改性策略,阐述了磷烯基光催化剂的构–效关系和电荷转移机制,并展望了磷烯基光催化剂所面临的机遇和挑战,揭示了磷烯基材料在太阳能利用和转化方面的重要应用潜力。     

半导体ZnO晶体生长及其性能研究进展

ZnO晶体是直接宽带隙半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV。其禁带宽度对应紫外光的波长，有望开发蓝绿色、蓝光、紫外光等多种发光器件。对ZnO晶体的生长方法及研究进展做了简要的叙述。     

Synergistic Cascade Carrier Extraction via Dual Interfacial Positioning of Ambipolar Black Phosphorene for High-Efficiency Perovskite Solar Cells

2D black phosphorene (BP) carries a stellar set of physical properties such as conveniently tunable bandgap and extremely high ambipolar carrier mobility for optoelectronic devices. Herein, the judicious design and positioning of BP with tailored thickness as dual-functional nanomaterials to concurrently enhance carrier extraction at both electron transport layer/perovskite and perovskite/hole transport layer interfaces for high-efficiency and stable perovskite solar cells is reported. The synergy of favorable band energy alignment and concerted cascade interfacial carrier extraction, rendered by concurrent positioning of BP, delivered a progressively enhanced power conversion efficiency of 19.83% from 16.95% (BP-free). Investigation into interfacial engineering further reveals enhanced light absorption and reduced trap density for improved photovoltaic performance with BP incorporation. This work demonstrates the appealing characteristic of rational implementation of BP as dual-functional transport material for a diversity of optoelectronic devices, including photodetectors, sensors, light-emitting diodes, etc.     

石墨烯的制备及其在能源方面的应用研究进展

近年来,石墨烯以其独特的二维结构和许多优异的性能吸引了物理、化学、材料等领域科学家的关注,并得到了多方面研究。至今,石墨烯的制备方法有多种,其研究取得了一定的进展,为石墨烯的理论研究和实践应用奠定了基础。本文综述了石墨烯的制备方法(固相法、液相法和气相法)及其在能源方面的应用研究现状,并比较了各种方法的优缺点。最后,对石墨烯的未来发展作了展望。     

光子晶体应用研究进展

光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料,其概念提出比较早,距今已经过了30年。由于光子晶体具有很多新颖的特性,使其成为微纳光子学和量子光学的重要研究领域。随着微加工技术的进步和理论的深入研究,光子晶体在信息光学以及多功能传感器等其他多个学科中也得到广泛应用。本文从理论上详细综述了光子晶体的各种奇异特性,并从各种特性出发,详细介绍近年来光子晶体在光子晶体光纤、反射镜、滤波器、波导、低阈值激光器、多功能传感器、腔量子电动力学、偏振器、量子信息处理等领域的应用研究,并与传统的器件进行性能比较得出光子晶体器件具有无可比拟的优势。最后提出,随着3D打印制造技术的成熟,光子晶体材料必然会推动信息技术的新一轮革命。     

功能梯度材料的制备与应用进展

功能梯度材料(FGM)是由日本人首先提出的一种新型复合材料,从提出后到现在已经得到了深入的研究和广泛的应用.阐述了功能梯度材料的概念及其产生背景,重点评述了功能梯度材料各种制备技术的原理和特点,以及国内外在应用方面取得的各种成果,探讨了功能梯度材料的发展方向.