通过Al掺杂促进可见光驱动的LaTaON2分解水(英文)

LaTaON₂是一种极具吸引力的可见光活性光催化水分解材料.它的吸收波长能够达到650 nm,并且符合水分解反应的热力学要求,是光催化水分解的候选材料.尽管LaTaON₂具有这些优异的性质,它的光催化活性通常不够理想.这是由于LaTaON₂材料通常具有较高的缺陷浓度,严重阻碍了电荷分离.在本文中,我们通过将Al掺杂到Ta亚晶格中来对LaTaON₂材料进行改性,得到LaTa_1-xAl_xO_1+yN_2-y(0≤x≤0.20). Al掺杂不仅抑制了LaTaON₂材料中的缺陷浓度,增加了其表面亲水性,而且还保持了材料原有的可见光吸收性质.这些改进显著改善了LaTaON₂材料内的电荷分离情况,并极大增强了材料可见光下的光催化氧化水制氧性能.在最佳条件下, Al掺杂的LaTaON₂在420±20 nm处水氧化的表观量子效率达到1.17%,这个性能要优于大多数已报...     

基于Er3+的力致温度传感(英文)

近年来,力致发光(ML)材料引起了科研人员的广泛关注,因其在众多领域特别是温度传感领域具有潜在的应用价值.值得注意的是,基于ML的温度传感尚处于萌芽期,且目前没有理论支持.本文中,我们基于CaZnOS:Er³⁺力致发光材料和玻尔兹曼分布建立了ML温度传感技术的理论框架.在外部应力刺激下, CaZnOS:Er³⁺力致发光材料能够发射出明亮的绿色荧光,且遵从玻尔兹曼分布理论.基于此,我们证实了该ML温度传感理论框架的适用性,并将其应用到实际案例中,即监测水壶的温度.与此同时,我们也开发了CaZnOS:Er³⁺力致发光材料的多重功能,验证了其在动态防伪和信息加密提取方面的应用.简言之,本工作从实验和理论两方面进行研究,奠定了ML温度传感技术实用化的基础.     

金属-Bi2OS2界面肖特基势垒以及电荷转移机制研究(英文)

由于金属与二维半导体接触界面复杂的电荷转移,界面处经常会产生强烈的费米钉扎效应.本文以Bi₂OS₂(拥有目前二维半导体材料中已知的最高电子迁移率)作为二维沟道层,采用密度泛函理论系统地计算了其与金属电极接触界面的肖特基势垒以及界面电荷转移机制.当Bi₂OS₂与三维金属电极接触时,界面强的电荷转移主要由化学键的形成以及泡利电荷排斥作用引起,导致界面具有强的费米钉扎,并且由这两个原因引起的电荷转移方向相反.此外,当金属的功函数大于半导体的电离能或小于半导体的电子亲合能时,界面会产生一个额外的电荷转移.当Bi₂OS₂与二维金属电极接触时,界面的费米钉扎完全被抑制,界面遵循肖特基-莫特定律,这是因为本文所选用的二维金属电极能够有效地屏蔽泡利电荷排斥作用.因此,通过选择不同功函数的二维金属电极,能够宽范围、线性地调节界面的肖特基势垒高度,并且能够实现界面从n型欧姆接触到p型欧姆接触的转变.这项研究不仅为Bi₂OS₂基器件的...     

原位重构限制在三维纳米孔铜内的铋纳米颗粒促电还原CO2(英文)

由于单金属Bi在CO₂还原反应(CO₂RR)中效率较低,通过表面工程复合材料提高电导率和产率是一种有吸引力的方法.在此,我们重构了在三维纳米孔铜结构中的原位生长金属Bi纳米颗粒.得益于三维纳米多孔导电网络和Cu与Bi之间的强相互作用, Bi@np-Cu费米能级向上移动,表现出优异的电催化二氧化碳还原性能. Bi@np-Cu在-0.97 V的电位下具有97.7%的甲酸法拉第效率,电流密度为82 mA cm^-2.重要的是,该催化剂在连续催化反应40 h后仍能实现超过90%的法拉第效率.DFT计算表明, np-Cu有效地调节了Bi的电子态,优化了中间吸附能,从而提高了Bi的本征活性.这项工作为纳米多孔金属在催化中的应用提供了一个新视角.     

超薄金属性MoO2纳米片可控合成及其范德华接触应用研究(英文)

在二维半导体与金属材料间引入范德华接触构建器件被认为是解决二维材料电接触问题的有效途径之一.然而,迄今为止,研究主要集中在半导体材料合成与改性上,而对金属材料的制备和性能的研究较少.在这项工作中,我们报道了利用化学气相沉积法可控合成厚度从3.5到106 nm的层状MoO₂金属二维纳米片.利用X射线衍射、扫描隧道显微镜和透射电子显微镜对制备的MoO₂纳米片进行了系统表征,结果表明,制备的MoO₂为单斜晶型、晶质质量高、稳定性好.电学表征表明, MoO₂具有优良的导电性能,其导电率超过10⁶S m^-1,可与石墨烯和某些金属相媲美.此外,我们还通过引入MoO₂薄片作为范德华接触材料,探索了其在MoS₂场效应晶体管中的接触应用.所获得的MoS₂场效应晶体管表现出低肖特基势垒(3 6 m e V)和高载流子迁移率(210 cm²V^-1s^-1     

缺陷导致单层WS2中截然不同的激子-激子相互作用(英文)

具有原子层厚度的过渡金属硫族化合物(TMDs)的光电性质深受缺陷数量(DPs)的影响.在本工作中,我们通过多种制备方法得到了具有不同缺陷数量的单层WS₂,并进一步揭示了他们之间不同的激子-激子相互作用.稳态荧光(PL)实验观察到在低的激发功率下,具有最少缺陷密度的单层展示出了最高的荧光强度,但在高的激发功率下却被具有更多缺陷的单层所追赶并大幅超越.激发功率依赖实验表明这些单层展现出了不相同的荧光饱和行为,其饱和阈值功率差异甚至高达四个数量级.结合原位荧光成像以及时间分辨荧光实验,我们将这些单层中的荧光演化差异归因于不同的缺陷数量.而这些缺陷数量的差异大大地影响着激子扩散行为并随之带来不同的非辐射激子-激子湮灭.通过谷偏振实验,我们再次检验了这些单层的缺陷数量.本工作揭示了不同缺陷过渡金属硫族化合物单层中截然不同的荧光行为和潜在的激子动力学,很大程度上促进了面向实际应用的相关高性能器件的设计.     

通过锚定钯纳米颗粒在CsPbBr3钙钛矿纳米晶体上从而增强光催化CO2还原(英文)

最近,全无机铯铅溴(CsPbX₃ (X=Cl,Br,I))钙钛矿纳米晶体被广泛应用于光催化CO₂还原(CO₂RR)领域.但是,由于纯CsPbX₃纳米晶体内部载流子辐射复合严重,所以精心设计基于CsPbX₃纳米晶体的异质结构对于分离载流子和实现高效的CO₂RR是非常重要的.本文中,我们介绍了利用光辅助的方法将Pd纳米颗粒锚定在CsPbX₃纳米晶体上.利用此方法所制备的CsPbBr₃@Pd纳米晶体通过在CsPbBr₃/Pd界面处构建肖特基结从而促进了载流子的分离并抑制了辐射复合.第一性原理计算表明:在CO₂RR过程中,CsPbBr₃@Pd纳米晶体比纯CsPbX₃纳米晶体具有更低的能量势垒.当CsPbBr₃@Pd纳米晶体被用作CO₂RR催化剂时,电子消耗速率高达46.2μ_mo     

用于高效微波吸收的3D多孔异质界面型NiCo2(CO3)3/RGO气凝胶(英文)

创新的微观结构设计和合适的多组分策略对于具有强吸收和宽有效吸收频带(EAB)的先进电磁吸波材料(EAM)仍然具有挑战性。本文采用简单的水热还原法制备了自组装的3D网络结构NiCo₂(CO₃)₃/RGO(NCR)气凝胶。独特的微观结构和多组分不仅解决了NiCo₂(CO₃)₃颗粒的物理团聚，而且可以调整电磁参数以提高阻抗匹配和衰减能力。界面基体和宏观3D互联网格结构的协同效应可以实现高电磁波吸收(EMA)性能，在2.3 mm处最小反射损耗(RLmin)值为-58.5 dB,EAB为6.5 GHz。NiCo₂(CO₃)₃/RGO气凝胶优异的EMA性能可归因于3D多孔结构的多重反射、散射和弛豫过程以及界面基体的强界面极化。     

原子级Co掺杂纳米多孔RuO2催化剂中金属-氧配体键的动态收缩加速酸性氧析出反应(英文)

设计在酸性介质中具有高活性和高稳定性的氧析出反应(OER)催化剂对能量转换和储存技术的发展具有重要意义.然而,在实际OER条件下催化剂的原子结构会发生变化,且目前对其动态活性结构的认识仍然不足.本文中,我们通过退火和蚀刻纳米多孔Co-Ru合金合成了具有优异酸性OER活性和稳定性的原子级Co掺杂纳米多孔Ru O₂催化剂.原位X射线吸收光谱证实:蚀刻策略可以在原子级Co掺杂纳米多孔Ru O₂的金属中心周围产生丰富的氧空位,从而在实际OER条件下产生收缩的金属-氧配体键.这种动态结构演变降低了催化活性位点在OER过程中的动力学势垒,因而催化剂的催化活性和稳定性大幅提高.本研究结果揭示了催化剂活性结构的原子细节以及它们的结构演化对催化活性的影响.     

双功能NH4F添加剂辅助水热法沉积制备高性能Sb2(S,Se)3用于太阳能电池(英文)

基于水热法硒硫化锑(Sb₂(S,Se)₃)的太阳能电池的光电效率已经突破10%.但是,在沉积过程中使用的锑、硫和硒前驱物之间的反应会使Sb₂(S,Se)₃薄膜内部产生不利的Se和S阴离子梯度,限制效率的进一步提升.本文中我们利用NH₄F作为一种添加剂来调节Sb₂(S,Se)₃薄膜的能级梯度,并修饰CdS电子传输层表面.一方面, NH₄F可以抑制硫代硫酸钠(Na₂S₂O₃)和硒脲的释放速度,调节Se/S在Sb₂(S,Se)₃薄膜中的比例和分布;另一方面, NH₄F的水解诱导Cd S的溶解和再沉积,有效地改善CdS衬底的形貌和结晶度.最后,在NH₄F的双重作用下, Sb₂(S,Se)₃薄膜的形貌得到改善,并且能量取向良好,...     

通过键共价性增加策略获得高性能Cu3SbSe4基热电材料(英文)

通过Cu₃SbSe₄-MTe (M=Ge/Sn)固溶体系的对比研究,本文报道了一种增加键共价性来弱化电声耦合进而获得高迁移率的策略,也证实了该策略能提升Cu₃SbSe₄化合物的热电性能.研究发现,相比于SnTe固溶,GeTe固溶赋予Cu₃SbSe₄化合物在相似载流子浓度情况下更高的迁移率,进而获得更优越的电输运性能.密度泛函理论计算表明,与SnTe固溶相比,GeTe固溶能增加Cu₃SbSe₄化学键共价性因而具有优越的电输运性能.最终,在Cu₃SbSe₄-1%GeTe样品中取得了0.8的最大热电优值(@648 K)和0.41的平均热电优值(300–648 K).此研究表明,通过增加键共价性来弱化电声耦合进而获得高迁移率是提升热电性能的有效途径.     

三维双金属硫化物Co9S8/MoS2/C异质结用于增强钠离子存储(英文)

钠离子电池(SIBs)的阳极材料一直备受研究关注，但缓慢的动力学行为和较大的体积变化限制了其在实际应用中的推广。为了克服这些问题，本研究利用金属有机框架和MoS2的优异性能，设计并制备了具有稳定骨架结构的复合材料。以Co-ZIF为前驱体，添加Mo源材料，在高温硫化烧结的过程中，构建了花状的Co9S8/MoS2/C复合材料，探究其在不同温度条件下的结构和电化学性能。此外，通过密度泛函理论(DFT)分析了Co9S8(001)/MoS2异质结对扩散动力学的影响。结果表明，电子结构在异质结构的界面处发生了重塑，Co9S8/MoS2表现出典型的金属性和显著增强的电子导电性。在所有样品中，700°C合成的阳极材料Co9S8/MoS2/C具有更稳定的结构和优异的电化学性能。当电流密度从4 000恢复到40 mA g-¹时，Co9S8/MoS2/C-700的放电容量可以从368 mAh g-1完全恢复到571 mAh g-1，并稳定在543 mAh g-1。综上所述，本研究提供了一些关于异质结材料合理制备的思路，有助于设计高性能的金属钠离子电池负极复合材料。     

非均相掺杂诱导表面形貌重构构建高性能LiNiO2正极材料用于锂离子电池(英文)

具有高容量的LiNiO₂(LNO)是高能锂离子电池最受欢迎的正极材料之一,但是其存在结构和界面稳定性差,循环性能不理想等问题.常规Mg、Al元素掺杂可有效改善稳定性,但会导致可逆容量及倍率性能的损失.本文通过分段的共沉淀法制备了铝镁不均匀掺杂的LNO二次球形前驱体,利用不均匀掺杂减少了掺杂剂用量并诱导实现了前驱体表面形貌的重构,煅烧后形成具有疏松多孔表层形貌的二次颗粒.改性后的LNO正极具有良好的循环稳定性(全电池150次循环后容量保持率为95.1%)和大倍率放电能力(10 C时达到177.9 mA h g^-1),这是由于比表面积的增加促进了锂离子传输,以及镁、铝的掺杂缓解了LNO循环过程中的有害相变.该工作揭示了通过设计掺杂元素的分布可以有效地调节LNO的形貌、结构和性能,为合成高性能的LNO正极材料提供了新的策略.     

通过钴离子抑制羟基自由基提高WO3/SnO2光阳极在强酸中的稳定性(英文)

酸性环境中光电化学水分解具有广阔的应用前景,但由于缺乏稳定的光阳极以及有效的非贵金属助催化剂,其发展受到了极大的阻碍. WO₃是能够在酸性环境下稳定的半导体之一,但其在光照下的快速性能衰减仍然是一个悬而未决的问题.本研究提出WO₃和WO₃/SnO₂光阳极光电流的快速下降是因为电极/电解质界面上产生的羟基自由基(OH·)导致的.我们发现在pH为0.3的电解质中引入钴(Co²⁺)离子可以有效解决这个问题. Co²⁺的存在可以促进H₂O高效氧化为O₂,而不是产生不利的OH·自由基.最终在Co²⁺存在条件下,可以将光电分解水的法拉第效率从40%提高到95%,将光电流密度从0.6提高到0.8 mA cm^-2,并在1.2 V (可逆氢电极)下稳定25 h.重要的是,在利用维生素C淬灭OH·自由基以后,其光电流稳定性表现出与引入Co²⁺离子时一致,进一步表明Co...     

近红外光遥控酶催化反应的分子开关纳米平台（英文）

酶具有优异的生物催化功能,基于此高效催化性能,体内酶促反应在生物医学领域具有广阔的应用前景.然而,目前的主要局限在于如何在体内实现酶反应的精确控制.本文设计了一种以上转换纳米颗粒为核心,以供体-受体Stenhouse加合物(DASA)分子开关为包覆层的功能化纳米平台,用于近红外光触发的体内酶促反应.在近红外辐射下,上转换纳米颗粒可以发出明亮的绿光使聚合物异构化,进而改变分子开关门控聚合物层的渗透性,使酶与底物接触发生酶促反应.分子开关聚合物的光异构化是可逆过程,调控过程不影响酶的生物活性,因此基于该纳米平台的酶反应器调控具有可逆性,实现了对酶反应的精确时空控制.利用小鼠动物模型进一步证实了近红外光对酶催化反应的时空操控.这种纳米平台不仅拓宽了DASA的应用范围,也为体内药物传递和酶替代治疗提供了新的策略.     

使用纳米焊接从金纳米粒子自下而上制备三维纳米多孔金（英文）

三维纳米多孔金具有高的比表面积、高的导电性和等离激元特性等众多优异的物理化学性质,可以应用于多个领域.然而,其最常见的制备方法,即脱合金,面临着高能耗、资源浪费、需使用腐蚀性液体和牺牲组分的残留等问题.本文中,我们报道了一种较普适性的自下而上的纳米焊接方法,用于从金纳米粒子制造高纯度三维纳米多孔金.该方法先将化学合成的金纳米粒子在液-液界面自组装成致密的单层金纳米粒子薄膜,随后将其逐层转移到固体基底上形成多层的金纳米粒子膜,最后对该多层金纳米粒子膜在空气中通直流电进行纳米焊接.研究结果表明,直流电纳米焊接工艺可在10 s内在低温下将层状金纳米颗粒薄膜逐渐转变为纳米多孔金,同时不会破坏母体金纳米粒子的球形结构.这是因为在纳米焊接过程中,电子更倾向于聚集在高电阻的粒子/粒子结点处,造成该处的表面原子受到较强的静电排斥作用,从而强化了该处的表面原子扩散并引发温和的固态扩散纳米焊接.此外,当使用不同尺寸的金纳米粒子作为起始构筑单元时,该方法可有效调整纳米多孔金的厚度、韧带尺寸和孔径,从而为构筑功能性多孔纳米材料(如用于甲醇电氧化的电催化剂)提供极大的灵活性.可以预料,该低温纳米焊接方法也可用于...     

发射峰为875 nm的高热稳定性立方相Sc(PO3)3:Cr3+荧光粉(英文)

近红外(NIR)荧光粉转换型发光二极管(pc-LED)具有尺寸小、效率高以及光谱易于调节的特点,在特种照明、传感、微型近红外光谱仪等各领域有很好的应用前景.目前,已报道的发射波长超过850 nm的近红外荧光粉的荧光热稳定性较差.在本项研究中,我们合成了一种立方相结构的Sc(PO₃)₃:xCr³⁺(x=0, 1, 5, 10, 12, 14, 16, 18 at%)荧光粉,其具有725–1150 nm的宽发射带,发射峰为875 nm,与之前报道的发射峰超过850 nm的荧光粉相比,其表现出优异的热稳定性,在423 K下,5 at%样品的积分发光强度保留了室温下的73.4%.通过对比研究立方相和单斜相Sc(PO₃)₃:Cr³⁺荧光粉变温X射线衍射,发现立方相荧光粉优异的荧光热稳定性可能归因于高温下较小的键长和键角变化.利用该荧光粉制备的NIR pc-LED在150 mA电流驱动下,产生了26.62 mW的NIR辐射功率.驱动电流为10 mA时,最高电光转换效率...     

C/Cu多孔微球固载Co3O4纳米片作为锂离子电池的高性能负极材料(英文)

过渡金属氧化物(TMOs)用作电极材料时,会在循环过程中产生严重的体积变化,并且其自身的导电率也较低,因此它的电化学性能较差.设计和开发独特的TMOs纳米结构并将其与导电碳基底相结合是改善其电化学性能的有效策略.本工作中,我们设计了一种C/Cu多孔微球,并通过原位合成在碳壁上垂直生长Co₃O₄纳米片.作为导电基底,C/Cu多孔微球提供了多尺度孔隙网络和大的电极/电解质接触界面,显著改善了电子和离子扩散动力学.原位合成的Co₃O₄纳米片牢牢地固定在碳壁上,从而提高了复合微球在长期循环中的结构稳定性.得益于独特的结构特征,用作锂离子电池负极材料的C/Cu@Co₃O₄复合多孔微球表现出优异的倍率性能、高充电比容量和出色的循环稳定性.     

核壳结构LaOCl/LaFeO3纳米纤维的阻抗匹配设计及其电磁吸波性能研究(英文)

电磁波在无线通信等领域的广泛应用导致了严重的电磁污染,迫切需要研发高性能电磁波吸收材料.本文针对吸波材料阻抗不匹配等关键问题,设计并成功制备了新型核壳LaOCl/LaFeO₃纳米纤维电磁波吸收剂.这种独特的一维多级结构由导电LaFeO₃磁性壳层和离子化合物LaOCl核层组成.基于介电-磁损耗耦合和阻抗匹配的协同作用,LaOCl/LaFeO₃纳米纤维在超低负载条件下(4 w t%),表现出-40.1 d B (2.0 mm)的反射损耗和6.4 GHz (2.4 mm)的有效吸收带宽.该工作提出了一种新型LaOCl/LaFeO₃纳米纤维吸波材料,并为阻抗匹配调控和电磁吸波性能优化开辟了新策略.     

以MoS2修饰的3D打印还原石墨烯气凝胶制备微型超级电容器电极(英文)

微型超级电容器(MSCs)具有高的功率密度和卓越的循环性能,广泛的潜在应用,因而受到诸多关注。然而,制备具有高表面电容和能量密度的MSCs电极仍然存在挑战。本研究使用还原石墨烯气凝胶(GA)和二硫化钼(MoS₂)作为材料,结合3D打印和表面修饰方法成功构建了具有超高表面电容和能量密度的MSCs电极。通过3D打印技术,获得具有稳定宏观结构和GA交联微孔结构的电极。此外,采用溶液法在3D打印电极表面加载MoS₂纳米片,进一步提高了材料的电化学性能。具体而言,电极的表面电容达3.99 F cm^-2,功率密度为194μW cm^-2,能量密度为1 997 mWh cm^-2,表现出卓越的电化学性能和循环稳定性。这项研究为制备具有高表面电容和高能量密度的微型超级电容器电极提供了一种简单高效的方法,在MSCs电极领域具有重要的参考意义。