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     

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     

高效稳定钙钛矿太阳能电池中非晶和缺陷表面的重构（英文）

钙钛矿太阳能电池的表界面性质是影响器件效率和稳定性的关键性因素.本文中,我们首次发现空穴传输层中的添加剂4-叔丁基吡啶(tBP)可以将钙钛矿非晶态和缺陷表面层进行重结晶,并且钝化晶粒表面的缺陷位点.该重构可使钙钛矿的表面功函数增大,降低了钙钛矿与空穴传输层之间的界面能级失配,提高了器件的光电压.进一步地,我们通过化学键合强度设计,开发了更有效的空穴传输层添加剂4-叔丁基哌啶(tBPp),它比tBP具有与钙钛矿表面缺陷位点更强的相互作用.得益于吸附能的增强,经tBPp重构的钙钛矿表面缺陷态密度降低,且在热、光、湿度的作用下稳定性更好.基于tBPp作为添加剂的钙钛矿电池最高效率达到了24.2%.在氮气气氛中进行最大功率点跟踪测试,未封装的设备在连续光照超过1200小时后几乎可以保持其初始效率.本工作全面揭示了空穴传输层中添加剂对于钙钛矿电池的效率和稳定性的重要性,并提供了系统和基础性理解.     

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.     

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.     

硫掺杂氮化碳纳米片棒状聚集体用于光催化析氢（英文）

合成具有较宽吸收光谱的少层氮化碳是一个具有吸引力的课题.杂原子掺杂(特别是硫掺杂)可以有效地避免纳米级片层氮化碳中由于量子限制效应所引起的带隙加宽.与二次煅烧硫化不同的是,预硫化超分子前驱体可以原位地形成硫掺杂氮化碳纳米片堆叠聚集体(SCN).这种少层的框架结构呈现出了更大的比表面积(139.06 m² g^-1),暴露了更多的活性位点.此外,硫的引入使原七嗪环的共轭结构发生扭曲,从而通过激活价带电子的n→n^*跃迁而缩小带隙.在模拟日光条件下,SCN_0.8(3925.8μmol g^-1h^-1)的析氢速率是块体氮化碳(BCN,485.2μmol g^-1 h^-1)的8.1倍.本工作旨在最大限度地利用杂原子掺杂和形态调控的协同效应来提高光催化活性,且为光催化剂的多维同步优化提供了新的视角.     

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.     

高电容性能MXene电极对插层修饰离子的选择性（英文）

离子插层是提高Ti₃C₂T_x MXene电化学性能的有效方法之一.然而,不同的插层离子对MXene的结构和电化学性能的影响是否相同这一问题尚不清楚.本文系统研究了Li⁺、Na⁺、K⁺、Cs⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-和OH^-等一系列离子插层后的MXene的结构特征和电化学性能.研究结果表明,插层离子的半径、电荷数和化学特性对插层效果都会产生影响.在所研究的插层剂中,由离子半径最大的一价阳离子Cs⁺和具有强碱性的阴离子OH^-组成的插层剂CsOH对MXene具有较好的插层效果.插层后的MXene层间距增大,层间容纳了大量游离水,Ti的价态升高,片层表面有利于氧化还原反应的含O官能团增多,这都大大促进了电解液离子H⁺的扩散与存储.由此制备的电极的质量比电容大幅度...     

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...     

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.     

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.     

溶液法制备无铅双钙钛矿纳米片提升光响应和热稳定性（英文）

无铅双钙钛矿由于具有较好的稳定性和无毒的特点吸引了很多学者的目光,有希望成为下一代光伏和光电子材料.然而,目前其光电器件性能并不理想.我们报道了一个简单的溶液法用于制备无机双钙钛矿Cs₂Ag Bi Br₆和MA₂Ag Bi Br₆微米片.与传统的溶液旋涂法相比,这种方法得到的Cs₂Ag Bi Br₆和MA₂Ag Bi Br₆微米片具有很好的结晶性.将它们做成光电探测器后,其响应度达到了245 m A W^-1,比旋涂法制备的器件高出两个量级,且响应时间为145μs.热稳定性研究表明,将Cs₂AgBi Br₆器件在空气中加热到160°C再回到室温,其光电响应并没有受到影响.这些结果表明,溶液法制备无铅双钙钛矿具有更广阔的应用前景.     

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...     

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...     

MXene负载的锇单原子催化剂Os1/Ti2CS2催化低温CO氧化反应的理论研究(英文)

本文报道了一种对CO氧化反应具有低温催化活性的新型硫功能化MXene-Ti₂C (Ti₂CS₂)负载的锇金属单原子催化剂Os₁/Ti₂CS₂.通过密度泛函理论计算,从一系列过渡金属(M=Fe, Co, Ni, Cu; Ru, Rh, Pd,Ag; Os, Ir, Pt, Au)中筛选出最稳定的锇金属单原子催化剂.计算结果表明, Os1/Ti₂CS₂有利于O2和CO的共吸附,且O₂分子的吸附能略高于CO分子.此外,由于O2+2CO能稳定地共吸附在Os₁单原子上, CO氧化反应可能通过三分子反应机理进行.因此,我们研究了CO在Os₁/Ti₂CS₂单原子催化剂上发生氧化反应的四种不同的催化机理:Langmuir-Hinshelwood (L–H)、Eley Rideal (E–R)、termolecular L...     

高供体电解质赋予石墨阴离子衍生界面以实现稳定钾储存（英文）

石墨负极有望应用于钾离子电池,但受到循环过程中不可控的体积波动和枝晶生长的限制.在此,我们利用酰胺基电解质构建了具有高机械强度和离子电导率的阴离子衍生界面,可有效解决这些问题.酰胺分子的高供体数可以加强溶剂分子与K⁺的溶剂化作用,确保更多的阴离子进入初级溶剂化鞘层.缩短的溶剂与阴离子距离有利于电子从溶剂化的K⁺转移到阴离子,进而促进阴离子还原.生成的富含无机物的界面缓冲了充放电过程中的体积变化,抑制了K枝晶的生成,促进了钾离子的扩散.基于此,K//K对称电池以0.15 V的极化电位稳定循环超过2800 h.石墨电极实现了C?KC₆₀?KC₄₈?KC₃₆?KC₂₄?KC₈的高度可逆相变,在循环100周后仍保持了217.6 mA h g^-1的高放电容量和86.9%的容量保持率.组装的全电池也表现出52.5 W h kg^-1的高能量密度.这项工作突出了界面结构的重要性,并为设计高性能电解质提供了全...     

通过晶格加固实现多环境下相稳定的高效钙钛矿太阳电池（英文）

富甲脒体系的钙钛矿太阳电池(PSCs)由于出色的热稳定性和较宽的光谱吸收范围,在商业应用中显示出竞争力.然而,富甲脒体系的PSCs会受到残余应力的极大影响,出现晶格过度扭曲并诱发不利的相变.本文通过构建一系列的晶格加固结构,验证了有机间隔阳离子和无机八面体之间的差异性相互作用.通过探索α相到γ相以及δ相的转变过程,揭示了残余应力释放和晶格加固之间的关系及其重要性.最后,苯甲基胺修饰的器件展现出最高22.90%的光电转换效率(PCE),并抑制了多路径相变.在空气中放置1000小时后,初始性能仍能维持初始值的90%.此外,在25平方厘米的衬底上制备了PCE为17.10%的迷你模组,验证了大面积制备的可行性.     

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.