Te与In共掺杂对Cu2SnSe3热电性能的影响

Cu₂SnSe₃基化合物作为一种绿色环保的新型热电材料, 近年受到了研究者的广泛关注。然而, 本征Cu₂SnSe₃基化合物载流子浓度低、电性能较差。为优化Cu₂SnSe₃化合物的电热输运性能, 本研究采用熔融、退火结合放电等离子烧结技术制备了一系列Cu₂SnSe_3-xTe_x (x=0~0.2)和Cu₂Sn_1-yIn_ySe_2.9Te_0.1 (y=0.005~0.03)样品, 研究了Te固溶和In掺杂对材料电热输运性能的影响。Te在Cu₂SnSe_3-xTe_x (x=0~0.2)化合物中的固溶度为0.10, Te固溶显著增加了材料的载流子有效质量, 从本征Cu₂SnSe₃样品的0.2m_e增加到Cu₂SnSe_2.9Te_0.1样品的0.45m_e, 显著提高了材料的功率因子, Cu₂SnSe_2.99Te_0.01样品在300 K下获得最大功率因子为1.37 μW·cm^-1·K^-2。为了进一步提高材料的电传输性能, 本研究以Cu₂SnSe_2.9Te_0.1为基体并选取In在Sn位掺杂。In掺杂将Cu₂SnSe₃基化合物的载流子浓度从5.96×10¹⁸ cm^-3 (Cu₂SnSe_2.9Te_0.1)显著提高到2.06×10²⁰ cm^-3 (Cu₂Sn_0.975In_0.025Se_2.9Te_0.1)。调控载流子浓度促进了材料多价带参与电传输, 材料的电导率和载流子有效质量显著增加, 功率因子得到大幅度提升, 在473 K下Cu₂Sn_0.995In_0.005Se_2.9Te_0.1化合物获得最大功率因子为5.69 μW·cm^-1·K^-2。由于电输运行性能显著提升和晶格热导率降低, Cu₂Sn_0.985In_0.025Se_2.9Te_0.1样品在773 K下获得最大ZT为0.4, 较本征Cu₂SnSe₃样品提高了4倍。     

稀土元素Tm掺杂对Cu2S热电性能影响研究

Cu₂S具有较低的晶格热导率和窄禁带宽度,它热电性能优异、成本低廉且无毒等优点引起了热电材料相关研究领域的广泛关注。采用水热合成法与真空烧结法相结合的方式制备Cu₂S基热电材料,通过物相、成分表征和热电性能测试等手段,研究稀土元素Tm掺杂对Cu₂S基材料热电性能的影响规律,并采用第一性原理开展掺杂后Cu₂S能带结构和态密度计算。研究结果表明,水热合成法可以获得Cu₃₁S₁₆粉体,在真空烧结过程中物相发生了转变,从原来的Cu₃₁S₁₆转变为Cu₂S。掺杂Tm元素可显著提高Cu₂S粉体的结晶性能,随着掺杂含量的增加,Cu₂S团聚现象逐渐消失。Cu₂S塞贝克系数随Tm掺杂量的增加有所提升,其中掺杂2%Tm的Cu₂S在350℃处于相变温度,塞贝克系数达到峰值1589.71μV/K;随掺杂元素的增加和温度的升高,C...     

负载有立方相p-型半导体Cu1.8S颗粒的TiO2纳米带制备与表征

采用Cu₂O自牺牲模板法, 以负载有立方相p-型半导体Cu₂O颗粒的TiO₂纳米带作为前驱物, 在水热条件下与硫脲进行反应, 制得了负载有立方相p-型半导体Cu_1.8S颗粒的TiO₂纳米带. 测试结果表明, 反应温度、反应时间和硫脲浓度对Cu_1.8S纯度和形貌皆有影响. 若反应在较低温度(如120℃)进行, 即使反应时间达到25 h, 产物中除了生成Cu_1.8S还存在未反应Cu₂O; 若水热温度控制在160℃反应25 h, 当硫脲浓度为0.25 mol/L时, 负载物基本上是Cu_1.8S且分散较好, 当硫脲浓度升到0.5 mol/L时, 负载物团聚严重. 对罗丹明B的光催化降解活性测试结果表明, 与纯TiO₂纳米带相比, 在负载有Cu₂O或Cu_1.8S后光催化活性显著降低.     

Ag掺杂Cu2SnSe3致相反热电性能及其复合提升

热电材料可有效回收废热并将其转化为电能, 然而转换效率受复杂耦合热电参数的限制。高效热电材料需要具有优异的电传输和良好的隔热性能。具有类金刚石结构的Cu₂SnSe₃是一种潜在的中温区热电材料, 本研究通过在Sn位和Cu引入Ag离子, 分别获得了高电传输相Cu₂Sn_0.93Ag_0.07Se₃和低热传输相Cu_1.91Ag_0.09SnSe₃, 然后通过机械混合和烧结制备了Cu₂Sn_0.93Ag_0.07Se₃和Cu_1.91Ag_0.09SnSe₃两相复合的材料。利用两相材料的晶体结构相同和晶格常数匹配的特点, 在高温段有效地协同调控了Cu₂SnSe₃材料的电输运和热输运性能, 从而使材料的高温热电性能得到优化, 用有效介质理论很好地描述了高性能的两相复合材料的电和热传输行为。     

Ag掺杂n型Bi2Te2.7Se0.3的层间相互作用增强和室温热电性能改善(英文)

采用Cu或Ag掺杂是提高n型Bi₂Te₃基合金热电性能的有效途径但Cu或Ag的掺杂行为仍不明确,其背后的作用机理还需要进一步证实本文对Ag掺杂n型Bi₂Te_2.7Se_0.3多晶热电材料的结构和输运性质进行了研究.拉曼和X射线光电子能谱分析表明,Ag离子位于间隙位置,并向邻近的Te(Se)转移电子.Ag与Te(Se)成键导致层间相互作用增强,载流子迁移率升高.由于Ag–Te(Se)成键,Bi₂Te_2.7Se_0.3多晶的本征Te(Se)空位形成得到缓解,进而逐渐将载流子浓度调节到较低水平,因此Bi₂Te_2.7Se_0.3的室温热电性能得到显著改善.与单一Bi₂Te_2.7Se_0.3相比,最优Ag掺杂Bi₂Te_2.7Se_0.3材...     

Unique hollow heterostructured CdS/Cd0.5Zn0.5S-Mo1-xWxS2:Highly-improved visible-light-driven H2 generation via synergy of Cd0.5Zn0.5S protective shell and defect-rich Mo1-xWxS2 cocatalyst

Photocatalytic water splitting for hydrogen(H₂)production is a green sustainable technology,in which highly-efficient steady photocatalysts are fundamentally required.In this work,unique CdS/Cd_0.5Zn_0.5S-M0_1-xW_xS₂ photocatalyst constructed by CdS hollow nano-spheres with successively surface-modified Cd_0.5Zn_0.5S shell and defect-rich MO_1-xW_xS₂ ultrathin nanosheets was reported for the first time.Interestingly,the Cd_0.5Zn_0.5S shell could greatly enhance the photo-stability and reduce the carrier recombination of CdS.Meanwhile,enriching active sites and accelerating charge transfer could be achieved via anchoring defect-rich Mo_1-xW_xS₂ onto CdS/Cd_0.5Zn_0.5S hollow heterostructures.Specifically,the optimized CdS/Cd_0.5Zn_0.5S-Mo_1-xW_xSa(6 h Cd_0.5Zn_0.5S-coating,7 wt.%Mo_1-xW_xS₂,x=0.5)hybrid delivered an exceptional H₂ generation rate of 215.99 mmol·g^-1·h^-1,which is approximately 502,134,and 23 times that of pure CdS,CdS/Cd_0.5Zn_0.5S,and 3 wt.%Pt-loaded CdS/Cd_0.5Zn_0.5S,respectively.Remarkably,a high H₂ evolution reaction(HER)apparent quantum yield(AQY)of 64.81%was obtained under 420-nm irradiation.In addition,the CdS/Cd_0.5Zn_0.5S-Mo_1-xW_xS₂ was also durable for H2 production under long-term irradiation.This work provides valuable inspirations to rational design and synthesis of efficient and stable hybrid photocatalysts for solar energy conversion.     

Zn3-xMnxTeO6的晶体结构与吸收光谱和磁性研究

本工作主要研究Mn ²⁺离子掺杂的类刚玉系氧化物Zn₃TeO₆(0<x≤2.0)的晶体结构与光学性质和磁性的变化。Zn_3-xMn_xTeO₆粉末样品通过固相反应合成。Mn掺杂量的相图表明, x<1.0时保持单斜(C2/c)结构, 1.0≤x≤1.6为单斜(C2/c)和三方六面体混合相(R-3), x≥1.8时完全转变为R-3相, 且x=2.0时形成ZnMn₂TeO₆, Te-O和Mn/Zn-O键长增大, 八面体发生更大畸变。X射线粉末衍射结构精修也表明R-3相中Zn/MnO₆为畸变八面体。随着Mn ²⁺掺杂含量的增加, Zn_3-xMn_xTeO₆系列化合物不仅结构发生变化, 其颜色也由浅变深。紫外吸收光谱中随着掺杂浓度的增加, 400~550 nm处的吸收增强, 样品的光学带隙也由3.25 eV (x=0.1)逐渐减小到2.08 eV (x=2.0), 分析表明, 可见区吸收的增强是源于MnO₆八面体中Zn/MnO₆八面体中Mn ²⁺离子的d-d跃迁, 导致样品由浅黄色逐渐变为暗黄色。 磁性测试表明, 固溶体的反铁磁转变温度随着Mn ²⁺掺杂量的提高而逐渐增加, 且掺入的Mn ²⁺离子以高自旋态 存在。     

Cu2S在脉冲电场下的超快速制备及其热电性能

Cu₂S是一种声子液体-电子晶体材料, 具有优良的热电性能, 但是传统的制备方法过程繁琐而且难以得到成分均匀、致密度高以及性能优良的块体材料。本研究引入了仅耗时30 s的强脉冲电场合成法来一步完成Cu₂S材料的合成与烧结。在强脉冲电场作用下Cu₂S的合成分为三步, 最初是形成了少量的CuS和Cu₂S, 接着生成了大部分Cu₂S与部分Cu_1.96S, 最终未完全反应的Cu_1.96S与Cu生成了完全单相的Cu₂S。本方法得到的Cu₂S块体是致密且均匀的单相, 并且包含丰富的多尺度微观结构。通过Cu缺失比可以使Cu_2-xS的性能得到优化, 其中Cu_1.97S能在873 K时获得最高的ZT(0.72), 相比于本征样品提升了49%。     

Cu2O-Cu界面上的Cu+和Cu0协同促进电催化CO2还原高效和高选择性地生成C2+产物(英文)

电催化CO₂还原技术有望同时缓解化石燃料濒临枯竭及大气中CO₂浓度不断攀升等问题.然而,对于高附加值的电催化CO₂还原多碳产物的选择性提升,仍然面临巨大挑战.密度泛函理论(DFT)计算表明,Cu₂O-Cu界面上Cu⁺和Cu⁰的协同耦合效应使其表面上^*COCO中间体的生成能降低,同时H₂O的解离自由能也降低,从而有利于电催化CO₂还原高选择性生成多碳产物特别是C₂H₄.受DFT计算结果的启发,本文设计了一种氧化物衍生铜电极的活化策略,构建Cu₂O-Cu界面,以Cu⁺和Cu⁰协同促进电催化CO₂还原高效高选择性生成C₂₊产物.其中,Cu₂O立方体被用作初始催化剂,经方波电位处理后,在Cu₂O-Cu界面...     

Cu2S相变过程中热扩散系数的精确测量和解析

材料发生相变时, 其结构和物理性能可能会发生剧烈的变化。采用激光闪射法测量热扩散系数时, 激光照射样品可能会伴随有光吸收/发射现象以及温度的显著升高, 导致其测量值偏离真实值。本工作以Cu₂S为研究对象, 发现激光照射样品后, 光吸收/发射的影响很小可以忽略, 但样品温度的升高则会明显影响热扩散系数的测量。通过构建具有不同石墨层厚度的石墨/Cu₂S双层结构, 利用石墨层减弱激光照射时Cu₂S样品的温度增加幅度, 成功使热扩散系数出现显著降低的起始温度接近采用DSC测量材料发生相变的起始温度。本研究进一步建立了石墨/Cu₂S双层结构样品的热流输运模型, 从石墨/Cu₂S双层结构样品的实验测试热扩散系数中解析出了Cu₂S在相变区间的本征热扩散系数。本工作对于理解和精确表征具有相变特征的离子导体热电材料、光敏、热敏材料的热扩散系数具有重要的意义。     

揭示银关联缺陷的双重作用:环保型AgIn0.5Ga0.5S2中发光和载流子动力学的操纵者(英文)

AgIn_0.5Ga_0.5S₂由于环境友好、合成成本低、成分灵活可调等优点在许多领域受到广泛关注.适当的直接带隙、无禁戒跃迁和高激子结合能使其成为一种有前途的发光材料.多组分体系的演化丰富了光电特性,并使其本征缺陷更加复杂.反过来,这些缺陷对光电性能有重要影响,从而影响其发光性能.然而,对于这类半导体,在实验中观察到的与发光相对应的点缺陷的微观机制大多是未知的或间接推断的.本工作系统地揭示了AgIn_0.5Ga_0.5S₂的微观缺陷与发光之间的机制.热力学稳定性表明AgIn_0.5Ga_0.5S₂是亚稳态的并且与次生相之间存在显著的竞争.此外,计算的缺陷结果表明,与银关联的缺陷是幕后操纵者.两个浅能级缺陷(V_Ag和A_gi)充当载流子提供者,而四个深能级反位缺陷(Ag_In, Ag_Ga, In_Ag...     

Cu2O/CeO2异质结的制备与光电化学性能研究

通过电化学法在铜片表面生长Cu(OH)₂纳米线阵列，在氮气氛围下将其进行退火处理得到Cu₂O纳米线阵列，然后采用电沉积法在电极上沉积Cu₂O阻挡层和CeO₂,制备得到Cu₂O/CeO₂异质结光阴极材料。利于扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)对材料的形貌和化学成分等进行表征，紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、线性扫描伏安法(LSV)和莫特肖特基曲线(M-S)等测试对其光电化学性能进行分析。实验数据结果表明，在0 V、RHE(可逆氢电极)下，Cu₂O/CeO₂光阴极的光电流密度达到-6.55 mA/cm²,相比仅Cu₂O的光电流密度(-3.67 mA/cm²)提升了1.78倍。随后，通过ALD(原子层沉积)制备TiO₂作为保护层，负载Pt作为析氢反应(HER)的助催化剂。最终Cu     

协同提高新型轻质Ti2VZrNb0.5Al0.5高熵合金抗氧化性能与力学性能(英文)

提高抗氧化性能是难熔高熵合金高温应用的首要要求.本研究中,我们将Al代替50%Nb添加到Ti₂VZrNb难熔高熵合金中,以提高其抗氧化性能与力学性能.结果表明,相比于Ti₂VZrNb合金, Ti₂VZrNb_0.5-Al_0.5合金的抗氧化性得到了显著提升,这是由于在合金表面形成了连续的Al₂O₃+ZrO₂氧化层保护膜.同时, Ti₂VZrNb_0.5Al_0.5合金室温屈服强度高达1273 MPa,相比于Ti₂VZrNb合金强度提升66%.结构表征说明, Ti₂VZrNb_0.5Al_0.5合金强度提升得益于其较大的固溶强化效果.较轻元素Al的添加使得该合金具有较低的密度(5.44 g cm^-3),相比于Ti₂VZrNb合金密度...     

锡掺杂稳定残留氧促进中间体解吸以增强CO2向CO转化(英文)

铜基氧化物表面的氧化物种可以增强CO₂吸附,降低含氧中间体的结合能,从而提高电还原CO₂的一步还原产物的产率.鉴于此,在还原过程中,Cu₂O上的残留氧通过Sn²⁺稳定,并且残留氧的保留通过原位拉曼光谱(Cu–O_ads)得到了证实.同时,原位拉曼光谱和密度泛函理论计算结果证明,由于残留氧的存在,一氧化碳中间体在SnO/Cu₂O催化剂的吸附能比Cu₂O催化剂明显降低.这使得其在-0.8 V (相对于可逆氢电极)的电位下获得高达97.5%的法拉第效率.铜基氧化物催化剂的氧稳定策略对设计高性能电还原CO₂催化剂具有指导意义.     

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.     

高压制备多晶Te掺杂Bi2Se3热电材料性能的研究

该文采用高温高压法合成了多晶Bi₂Se_3-yTe_y(y=0.1,0.3,0.5)样品。XRD对所有样品的物相分析表明,合成压力1GPa时获得的样品均为Bi₂Se₃基纯相样品。随后测试的所有样品的Seebeck系数均为负值,表现出典型的n型导电特性。热电参数测试结果表明Bi₂Se_2.5Te_0.5样品具有较优的热电性能,Seebeck系数绝对值和功率因子在567K附近分别达到最大值90.5μVK^-1和783.2μWm^-1K²。同时,在整个测试温度范围内热导率随温度的升高而降低,最小值为1.76W/mK。最终,Bi₂Se_2.5Te_0.5样品的无量纲优值ZT在567K附近达到最大值0.25。     

水热合成BiCl3/Bi2S3复合材料的热电性能

采用水热合成法制备了由纳米棒组成的微米级球形Bi₂S₃颗粒, 然后通过放电等离子烧结技术(SPS)将不同摩尔比例的BiCl₃/Bi₂S₃复合粉末制备成块体。加入适量的BiCl₃不仅提高了Bi₂S₃样品的导电率, 而且降低了其热导率。Bi₂S₃复合0.5mol%BiCl₃的样品在762 K电导率最大, 达到45.1 S·cm^-1, 远高于此温度下纯Bi₂S₃样品的电导率(12.9 S·cm^-1)。Bi₂S₃复合0.25mol% BiCl₃的样品在762 K时热导率最低, 为0.31 W·m^-1·K^-1, 低于同一温度下纯Bi₂S₃的0.47 W·m^-1·K^-1。在762 K下, Bi₂S₃复合0.25mol% BiCl₃的样品获得最大ZT值(0.63), 比纯Bi₂S₃样品(0.22)提高了大约2倍。     

Cu2O作为空穴提取层修饰BiVO4光阳极以增强电荷分离和转移(英文)

光生电荷的分离和转移被认为是影响BiVO₄基光阳极光电性能的核心因素之一.本文设计了在BiVO₄光阳极与析氧助催化剂之间插入空穴提取层的方法.Cu₂O作为空穴提取层引入到助催化剂层(FeOOH/NiOOH)和BiVO₄之间,可以有效优化空穴的迁移路径,延长光生空穴的寿命,从而提高电极的光电化学性能.与BiVO₄相比,调整后的BiVO₄/Cu₂O/FeOOH/NiOOH光阳极的电荷分离效率从70.6%提高到了92.0%.此外,该光阳极在1.23 V_RHE(AM 1.5G照明下)下,还显示出了3.85 mA cm^-2的高光电流密度,是BiVO₄的2.77倍.我们的研究结果表明,电沉积Cu₂O空穴提取层是一种简单且可扩展的方法,能够有效提高BiVO₄的光电活性,可用于太阳能驱动水分解领域.     

阴极直接制备铜氧化物-SiO2复合薄膜及其电化学形成机理

以室温下制备出的n₍Cu²⁺)∶n₍Cit^3-)=2∶1的透明稳定的Cu(Ⅱ)-Cit^3--SiO₂复合溶胶为电解液，直接在氧化铟锡导电玻璃(ITO)阴极上电沉积得到铜氧化物-SiO₂复合薄膜。循环伏安(CV)和X射线衍射(XRD)结果表明，溶胶中Cu²⁺与吸附在电极上的SiO2溶胶共电沉积形成Cu₂O-SiO₂凝胶薄膜，XRD和计时安培(CA)结果表明，薄膜中的SiO₂量随过电位升高而减少。X射线光电子能谱(XPS)、XRD和能量色散X射线(EDX)结果表明，高过电位下，SiO₂和Cu(Ⅱ)借助析氢生成的OH^-共沉积，得到CuO/Cu₂O-SiO₂薄膜，这与扫描电子显微镜(SEM)图片显示的所得薄膜具有两种不同形貌的颗粒的结果一致。     

熵工程提高(GeTe)x(AgSb0.5Bi0.5Te2)1-x的热电性能和显微硬度(英文)

作为一种材料基因特性的内禀属性,构型熵是材料基因组中一个新兴的指征因子.设计具有高构型熵的多组元热电材料,可以通过严重的晶格畸变显著降低晶格热导率,并通过提高晶体对称性改善塞贝克系数.然而,高构型熵也造成了载流子迁移率的恶化,从而限制了zT值的改善.本文通过在众所周知的(GeTe)_1-x(AgSbTe₂)_x,即TAGS合金中用Bi取代一半的Sb,设计了(GeTe)_1-x(AgSb_0.5Bi_0.5Te₂)_x,又称TABGS合金,以证明熵工程的有效性.鉴于TAGS合金的载流子平均自由程较低,已接近Mott-Ioffe-Regel极限,进一步的Bi置换和构型熵增加不会再损害载流子迁移率.此外,通过高构型熵抑制菱方-立方相变和降低的载流子浓度有助于大幅提高Seebeck系数.而且, AgSb_0.5Bi_0.5Te₂合金化诱导的多尺度微观结构和减小的声速有效地...