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...     

超拉伸水凝胶热电偶（英文）

可拉伸温度传感对实现人机触觉交互和温度调节至关重要,这些传感元件需要贴合特异性表面,且在拉伸条件下保持温度感知的精度.现有可拉伸温度传感器由于温度和形变引起电阻变化的相互干扰,在拉伸过程中存在固有的传感不稳定问题.本文提出了一种超可拉伸水凝胶热电偶,通过构建具有动态交联双网络的热电水凝胶,实现水凝胶热电偶的超拉伸性.通过设计的P型和N型热电水凝胶,构建热电偶单元.热电偶表现出1.93 mV K^-1的高塞贝克系数,即使在100%的拉伸应变下,灵敏度依然保持稳定.本文的研究结果为可拉伸温度传感器提供了一种新的策略,并有望广泛应用于智能可穿戴设备.     

溶解制造多孔金属玻璃（英文）

简单、精密、可控的制造技术在功能表面中具有广阔的应用前景.在这项工作中,我们通过使用食盐这种水溶性材料作为模板,利用金属玻璃优异的热塑成型性能,成功地实现了多孔金属玻璃的溶解制造.通过这种溶解制造方法制备的微/纳米结构具有良好的可调控性,不仅可以制备大面积多孔结构,还可以制备具有纳米级复制精度的有序规则阵列.其中,通过可溶性模板策略制备的无序多孔结构具有约140°的水滴接触角和接近于0°的油滴接触角,可用于油水分离,并且在强酸和强碱的环境中浸泡后表现出稳定的润湿性.即使在严重磨损后,带有多孔结构的表面仍可保持约130°的水滴接触角和约4°的油滴接触角.此外,该策略显示出优异的可重复使用性能.通过在同一个金属玻璃表面上重构三次多孔结构,发现每次重构的多孔结构的润湿性没有显著变化.本文的研究成果为制备多级孔结构及功能表面提供了一种简便可控的方法.     

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.     

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.     

分子桥连石墨烯/银用于高性能导电浆料（英文）

印刷作为一种增材制备技术可以降低制备过程中的材料成本并减少对环境的污染.银导电浆料常用于各种电子印刷器件,如互联网、电感、天线等领域.然而贵金属银的高成本限制了其大规模应用.为了降低目前银导电浆料的成本,本文提出了一种分子桥连的石墨烯/银(MB-G/A)导电浆料,并应用于高导电性、低成本的纸基电子器件.石墨烯可以取代部分银纳米颗粒,降低成本的同时形成合适的导电网络,从而保证了良好的导电性能.采用巯基乙胺作为分子桥连剂,其一端通过叠氮反应锚定在石墨烯表面,另一端通过巯基官能团与银原子成键,实现石墨烯和银之间分子尺度的桥连,从而促进石墨烯/银界面的电荷传输.结果表明所制备的MB-G/A导电浆料的最大电导率可达2.0×10⁵S m^-1,且可成功应用于各种电子器件中.此外,最优的MB-G/A导电浆料的成本与纯银导电浆料相比减少了至少一半.该MB-G/A导电浆料在商业化电子器件领域具有良好的应用前景.     

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.     

通过榫卯结构策略实现非环状化合物的层状排布（英文）

层状堆积在材料和化学科学中具有重要意义,然而它通常只局限于环状骨架化合物中,如何突破此限制,在无环化合物中构建层状堆积是一个重要的挑战.在此,我们提出“榫卯策略”,通过氢键作用将作为“榫”的无环化合物和与其相匹配的“卯”相结合,形成一个平面的氢键环骨架,从而首次在无环化合物中实现层状堆积,该层状堆积通过二硝基脲的氨基胍盐(盐1)的单晶X射线衍射得以证明.与呈现出W型堆积的二硝基脲前体相比,合成的具有层状堆积的盐表现出明显更好的热稳定性、化学稳定性和机械稳定性.     

以LiB3O5为模板设计深紫外零级波片材料(英文)

以著名的LiB₃O₅为模板,通过增强其结构中B₂O₅的夹角使双折射更小,在封闭体系中通过高温溶液法获得了两种新的用于制造零级波片的双折射晶体Li₂MLaB₁₈O₃₀ (M=Rb, Cs).有趣的是,相邻的B₂O₅接近垂直排列,使得它们表现出比商用石英晶体(Δn～0.0092在可见光区域)小得多的双折射率(分别为0.0032@532 nm和0.0027@532 nm).此外,Li₂MLaB₁₈O₃₀ (M=Rb, Cs)晶体的紫外截止边均低于200 nm,表明它们可用作深紫外区域的零级波片材料.     

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...     

Cu1.8S基合金的热电性能和电稳定性增强:熵工程和Cu空位工程(英文)

无污染、低成本和高性能Cu_1.8S基类液态热电材料受到关注.但是,其过高的本征Cu空位和Cu离子迁移特性限制了其性能和电稳定性的进一步提升.本研究采用机械合金化结合放电等离子体烧结制备了一系列Cu_1.8S和Mn_xCu_1.8S_0.5Se_0.5(0.01≤x≤0.06)块体热电材料.随着Se和Mn的引入,体系由低熵Cu_1.8S (0.4R^*)转变为中熵MnxCu_1.8S_0.5Se_0.5(1.2R^*).构型熵的增加不仅提高了体系的结构对称性,MnxCu_1.8S_0.5Se_0.5室温下呈立方相结构,还增大了Mn的固溶度.高浓度Mn固溶有效填补了过高的本征Cu空位,降低了载流子浓度,优化了能带结构,提升了电输运性能.熵工程一方面增大了Cu离子迁移势垒,抑制Cu离子迁移.75...     

吡啶功能化的亚胺类共价有机框架材料在光合成H2O2中的潜在活性(英文)

探究氧还原反应(ORR)进行的位点是了解和提高亚胺类共价有机框架(COFs)材料光催化H₂O₂演化活性的关键.然而,与亚胺COFs中其他具有亲电或光捕获能力的基团相比,亚胺键在光化学反应中的作用往往被忽视.因此,本文提出了一种通过在亚胺键周围引入电子受体结构(吡啶单元)来激发亚胺潜在光反应性的策略,以增强亚胺在光催化ORR制备H₂O₂的动力学和热力学优势.实验和理论模拟结果表明,吡啶N的引入显著改善了TAPT-PA-COF中由弱电荷离域引起的光谱吸收和载流子分离的不足,并在TAPT-PDA-COF上表现出全光谱吸收和快速电荷转移特性.同时,吡啶N与亚胺N原子共同作为活性位点可提高O₂吸附和活化,增强光生电子在TAPT-PDA-COF表面与反应物分子间的转移.在可见光照射下,TAPT-PDA-COF的H₂O₂产率高达706.2μmol g^-1 h^-1,约为TAPT-PA-COF (372.7μ...     

“界面素化”策略改善铝基复合材料腐蚀性能（英文）

添加增强相可以提高铝基复合材料的力学性能,但同时也会促进界面上原电池网络的形成,从而提升铝基复合材料的腐蚀敏感性.因此,优化界面结构是改善复合材料耐腐蚀性能的重要途径.对此,我们提出固相铝热反应结合热处理的策略,在Al–CuO复合材料中构建包括晶界和增强体-基体界面在内的“素化界面”.本文通过浸渍/电化学腐蚀试验和微观结构表征系统研究了复合材料的晶间腐蚀行为和应力腐蚀开裂敏感性,强调了晶内分布纳米第二相(Al₂O₃增强相和Al–Cu沉淀相)对消除沿晶界连续原电池网络和阻断腐蚀路径的贡献.此外,研究发现具有低应变能且紧密结合的Al₂O₃–Al界面显著降低了局部腐蚀敏感性.这项工作阐明了复合材料界面特性与腐蚀机制之间的相关性,为发展耐腐蚀复合材料提供了新思路.     

类液晶作为高性能有机场效应晶体管的有源层（英文）

高载流子迁移率和器件性能的一致性对于有机场效应晶体管在阵列和集成电路上的应用至关重要.然而,同时具备高性能和小批间差的方法当前仍然是个挑战.本论文在原子力显微镜和偏振荧光显微镜表征的基础上,报道了在PTCDI-C₁₃分子模板上生长具有大晶畴的dif-TES-ADT类液晶状薄膜的方法.我们进一步将所获得的薄膜用作有机场效应晶体管的载流子传输通道,其饱和载流子迁移率高达1.62±0.26 cm²V^-1s^-1.更重要的是,在重复三个批次之间,每次50个器件的迁移率批间差仅为16%.这一发现为设计材料和器件结构以同时实现高载流子迁移率和器件均匀性提供了一种新思路.     

可定制多孔玻璃表面的溶解制造策略（英文）

玻璃表面微纳结构的设计和制造在实现所需功能方面具有重要意义.然而,玻璃固有的硬度和脆性给传统制造方法带来了不便.因此,开发一种简单且可控的制造策略对于制备具备功能应用的微纳结构玻璃至关重要.在本文中,我们提出了一种创新方法,利用可溶性氯化钠颗粒作为前驱体模板,在玻璃表面上创建可定制的多孔结构.通过我们的先导成型策略,成功利用可溶性氯化钠颗粒的潜力作为前驱体模板,从而便于制造量身定制的多孔玻璃表面.通过调节这些颗粒的大小和组合,我们实现了对所得多孔玻璃的连续调控,范围从超亲水(1°)到超疏水(142°).值得注意的是,制备的多孔玻璃表面表现出显著的亲油性,展示了在油水分离和自清洁等多种应用方面的巨大潜力.最重要的是,即使经过了10次制造迭代,玻璃表面的疏水-亲油功能依然完好,凸显了我们策略的耐久性和可重复性.这种方法为实现玻璃的特殊功能提供了方便且具有成本效益的途径,为不同领域的进展铺平了道路.     

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     

全氧化镓薄膜同质p-n结（英文）

制备p-n结以及探索其物理机制在发展各种功能器件和推进其实际应用中起到关键作用.超宽禁带半导体在制备高压高频器件上有着巨大的潜力,但是氧化镓p型掺杂困难限制了氧化镓同质p-n结的制备,进而阻碍了全氧化镓基双极型器件的发展.本文通过一种先进的相转变生长技术结合溅射镀膜的方法,成功制备了n型锡掺杂β相氧化镓/p型氮掺杂β相氧化镓薄膜.本工作成功制作了全氧化镓单边突变同质p-n结二极管,并且详细分析了器件机理.该二极管实现了4×10⁴的整流比、在40 V下9.18 mΩcm²的低导通电阻、4.41 V的内建电势和1.78的理想因子,并在交流电压下表现出没有过冲的整流特性以及长期稳定性.本工作为氧化镓同质p-n结初窥门径,为氧化镓同质双极型器件奠定了基础,为高压高功率器件的应用开创了道路.     

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,...     

调节Co3O4的价电子结构提高硝酸根还原制氨的催化活性(英文)

通过硝酸根电化学还原反应将NO₃^-转化为NH₃是一种有前景的制氨和“绿氢”储存方案.Co₃O₄对于硝酸根还原析氨反应表现出较高的析氨法拉第效率和稳定性,有望成为理想的催化剂.然而,在Co₃O₄上发生硝酸根还原反应仍需较高的过电位,从而阻碍了能量转换效率的提升.本文中,我们合成了Cu掺杂Co₃O₄多孔空心纳米球用作硝酸根还原析氨催化剂.Cu掺杂在保障析氨法拉第效率和稳定性的前提下大幅降低了反应所需的过电位,有效提高了析氨速率.实验和理论分析均表明,Cu掺杂使Co₃O₄的最高占据态能量上移,缩小了Co₃O₄的最高占据态与NO₃^-的最低未占据分子轨道之间的能垒,从而降低了电子从Co₃O₄向NO₃     

3C-SiC各向异性行为的原位纳米划痕研究（英文）

立方碳化硅(3C-SiC)是一种在极端条件下具有优异机械和物理性能的理想材料.然而,由于其生长深度有限且脆性较高,研究其材料去除和摩擦性能具有一定的挑战性.在本研究中,我们使用扫描电子显微镜对厚度约为20μm的3C-SiC单晶进行了原位纳米划痕研究,并观察了其各向异性行为.随后在(100)平面上沿[110]和[100]方向分别进行了纳米划痕实验.与[100]方向相比,[110]方向在划痕过程中表现出更高的硬度,导致材料去除率较低和摩擦系数较高.通过对划痕沟槽的原子级分辨观察,我们发现3C-SiC的塑性去除是通过位错滑移和显著的晶格畸变实现的.在塑性变形阶段,两个划痕方向的亚表面主要经历了全位错滑移.此外,强烈的应变导致了多晶化,这是3C-SiC中的一个重要变形机制.