氧原子吸附调控蓝磷/石墨烯异质结构的肖特基势垒

控制纳米电子器件的p型传输仍然是降低肖特基势垒的主要挑战。为了解决这个问题,采用半经验色散校正方案的第一性原理,系统研究了不同浓度的O原子吸附掺杂对蓝磷/石墨烯异质结构层间相互作用和电子性质的影响。结果表明,异质结界面内的O原子吸附可以增强界面结合。并通过改变界面内O原子吸附浓度来调节p型肖特基势垒的高度。进一步发现,通过增加界面内O原子的吸附浓度,可以降低p型肖特基势垒的高度,从而实现高效的电荷转移。最后,界面电荷的重新分布会导致费米能级的移动,而费米能级决定了肖特基势垒的高度。     

氧原子吸附调控蓝磷/石墨烯异质结构的肖特基势垒

控制纳米电子器件的p型传输仍然是降低肖特基势垒的主要挑战。为了解决这个问题,采用半经验色散校正方案的第一性原理,系统研究了不同浓度的O原子吸附掺杂对蓝磷/石墨烯异质结构层间相互作用和电子性质的影响。结果表明,异质结界面内的O原子吸附可以增强界面结合。并通过改变界面内O原子吸附浓度来调节p型肖特基势垒的高度。进一步发现,通过增加界面内O原子的吸附浓度,可以降低p型肖特基势垒的高度,从而实现高效的电荷转移。最后,界面电荷的重新分布会导致费米能级的移动,而费米能级决定了肖特基势垒的高度。     

2D/2D超薄La2Ti2O7/Ti3C2 Mxene肖特基异质结用于高效光催化CO2还原(英文)

CO₂的过量排放造成了全球生态系统的失衡,如温室效应、海洋酸化和极端天气频发等.CO₂作为一种储量丰富且可循环利用的碳一资源,利用光催化技术将其催化转化为包括一氧化碳和甲烷在内的碳氢燃料,为上述问题提供了一个很有前景的解决方案.纳米片作为典型的二维材料,其厚度一般低至100 nm.此外,二维材料具有较大的比表面积、可调谐的端基官能团、出色的光学性能以及较好的导电性和柔韧性,在光催化领域受到了广泛关注.在半导体材料中,钛酸镧(La₂Ti₂O₇)具有优良的氧化还原能力和良好的稳定性和耐久性,但与其他半导体类似,La₂Ti₂O₇的宽带隙性质决定了其只能利用波长较短的光,这极大地限制了其对太阳光的利用.为了增强光吸收能力,降低光生载流子的复合,本文通过溶剂热法在La₂Ti₂O₇纳米片上负载薄层Ti₃C₂ MXen...     

2D/2D/2D三明治结构ZnIn2S4/g-C3N4/Ti3C2 Mxene S型异质结-肖特基结双通道电荷转移路径促进的光催化析氢(英文)

氢的能量密度高,易于储存和运输,因此,人工制氢已成为解决能源危机和环境污染问题的有效途径之一,开发可持续、温和、高效的制氢方法受到了广泛关注.在众多的制氢方法中,光催化水分解制氢已发展成为一种理想的制氢途径.然而受制于光催化剂的光响应范围窄、电荷分离效率低和活性位点少等问题,目前的光催化分解水制氢效率仍然处于一个较低水平,严重限制了其实际应用,因此,探究高效的光催化分解水材料的新体系与新机制成为解决上述问题的核心任务.ZnIn₂S₄是一种典型的具有可见光活性和化学稳定性的半导体,但由于光生电子的快速复合和严重的光腐蚀限制了其在光催化中的实际应用.本文采用界面工程,将ZnIn₂S₄,g-C₃N₄和Ti₃C₂ MXene材料耦合,设计构建了具有双异质结的2D/2D/2D三明治结构ZnIn₂S₄/g-C₃N₄/Ti₃     

片状MoS2/MoS1.5Se0.5纳米复合材料的制备及其摩擦学性能研究

将钼粉与升华硫和硒粉的混合粉末按一定化学计量比混合,通过固相反应法成功制备出了均匀的片状纳米颗粒。分别使用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)对该纳米粉体进行结构表征和分析,发现该粉体为MoS2/MoS1.5Se0.5混合晶相,晶粒尺寸在300~600 nm,厚度约为5 nm的片状结构。将该MoS2/MoS1.5Se0.5纳米片作为润滑油添加剂添加到基础油中,使用UMT-2型摩擦磨损试验机对其摩擦学性能进行测试,并对摩擦机理进行了解释,结果表明MoS2/MoS1.5Se0.5纳米片作为润滑油添加剂具有良好的减摩抗磨性能。     

g-C3N4/CeO2异质结材料的制备及其光催化性能的研究

以三聚氰胺、硝酸铈为原料,通过高温煅烧法制备了不同CeO₂含量的片层状g-C₃N₄/CeO₂,通过XRD、FT-IR、XPS等对系列g-C₃N₄-CeO₂材料进行了表征,考察了材料在可见光(λ≥420nm)条件下降解盐酸四环素(TC)的光催化活性。与单纯的g-C₃N₄相比,g-C₃N₄/CeO₂-30%具有更优异的光催化性能,这是由于g-C₃N₄-CeO₂间的异质结作用促进了光生电子和空穴分离。自由基捕获实验证实·O^-₂在催化反应过程中起到主要作用,并提出了相应的光催化机理。     

背入射Au/TiO2/Au肖特基结紫外探测器

TiO2作为一种宽禁带(3.0~3.2 eV)半导体材料,由于具有优异的物理化学特性和独特的光电特性,在许多领域都展现出广泛的应用前景[1~3].材料的尺寸、结构和形貌能赋予材料一些特殊的性质,近年来人们致力于研究不同形貌的TiO2纳米材料,如TiO2纳米线和纳米管等[4],并将其应用在光催化[5]、太阳能电池[6]和锂离子电池[7]等领域,但关于其在紫外探测器上应用的报道很少[8~10].本文采用水热法在F∶SnO2(FTO)衬底上制备出纵向有序生长的金红石型TiO2纳米线阵列,通过光刻工艺和磁控溅射技术制备了背入射Au/TiO2/Au肖特基结紫外探测器,并测试了其光、暗电流,光响应度及量     

梯型2D/2D Bi2MOo6/BiOI范德华异质结的制备及CO2光还原性能(英文)

利用太阳能将CO₂还原为具有高能量附加值的含碳气相或液相燃料为解决能源枯竭和气候异常等问题提供一个有前景的方案.然而,由于CO₂光还原过程是上坡反应且具有高的反应能垒,目前光催化CO₂还原的转化效率仍然很低.为实现高效率CO₂光还原,半导体光催化剂需要有宽的光吸收范围、强的氧化还原能力和丰富的活性位点.但同时满足上述条件的光催化剂有限.在半导体中,BiOI具有1.8 eV的窄带隙,可以响应波长大于600 nm的可见光且具有很强的还原能力,因此广泛应用于CO₂光还原、全水分解和重金属离子还原等领域.此外,BiOI是一种典型的二维材料,交替的[Bi₂O₂]²⁺和I^-离子层会导致不同层间产生固有极化和内建电场(IEF).因此,BiOI可以凭借内在的IEF有效地实现电荷分离.然而,CO₂光还原还需要质子参与,而质子通常来自水氧化.但BiOI价带的氧化能力不足,影响CO_...     

CuS/TiO2纳米管异质结阵列的制备及光电性能

利用水热反应制备了CuS/TiO2纳米管异质结阵列,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射谱(XRD)等手段表征了异质结阵列的表面形貌和晶体结构.电流-电压曲线结果表明,CuS/TiO2纳米管异质结阵列具有明显的整流效应.根据表面光电压谱和相位谱,在376～600 nm之间,CuS/TiO2纳米管异质结阵列表现为p型半导体特征,电子在表面聚集;在300～376 nm之间表现为n型半导体特征,空穴在表面聚集;在376 nm处异质结阵列的表面光伏响应为零.CuS/TiO2和CuS/ITO之间界面电场的不同导致异质结在不同波长范围内表面电荷聚集的差异.光电化学性能测试发现,以CuS/TiO2纳米管异质结阵列为光阳极组成的光化学太阳电池,在大气质量AM 1.5G,100 mW/cm2标准光强作用下具有0.4%的光电转换能力.     

微波原位合成Ag NPs/MoS2复合材料及其电化学性能

二硫化钼纳米片(MoS₂)受到带电杂质、结构缺陷和易聚集等因素的影响,导致其电子转移性能下降,使其应用受限。将银纳米颗粒(Ag NPs)与少层MoS₂纳米片复合,可提升MoS₂纳米片的电化学性能。本研究创新性地采用微波还原法,使Ag NPs原位沉积于MoS₂,得到Ag NPs/MoS₂复合材料。结果表明,将Ag NPs/MoS₂复合材料修饰于丝网印刷电极(screen printed electrodes,SPE)后,测得的循环伏安(cyclic voltammetry,CV)曲线峰电流值为同浓度单一MoS₂修饰电极的1.8倍,方波伏安(square wave voltammetry,SWV)曲线峰电流值为单一MoS₂修饰电极的3.4倍,电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)的电子转移阻抗值(Ret)仅为167Ω,相比MoS₂/S...     

原位制备SnO2/SnS2异质结促进光催化污染物降解(英文)

光催化技术作为一种新兴的绿色催化技术,在解决环境污染、缓解能源短缺等方面得到了广泛的研究,但光生载流子易复合的问题极大限制了该技术的应用.构建光催化剂内建电场的方法可有效提高异质结光催化剂的光生载流子分离效率,进而提高光催化效率.然而如何在两种半导体界面形成紧密接触的异质结结构仍然存在一定的挑战.本文通过在含硫前驱液中加入SnO₂纳米颗粒,在水热条件下利用原位离子交换的方法合成了SnO₂/SnS₂异质结光催化剂。形貌表征发现此法所制备催化剂是一种复合有纳米颗粒的六边形结构纳米片异质结光催化剂,透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)表征证实其具有紧密连接的异质结结构.高倍TEM图显示SnO₂颗粒均紧密负载在SnS₂纳米片上.同时, XPS测试结果表明,在SnO₂/SnS₂异质结构中Sn 3d5/2的结合能为486.43 eV,介于SnS₂与SnO₂的结合能之间,这一结果可归结为...     

p-n型NiWO4/ZnIn2S4异质结光解水析氢性能

采用水热/水浴两步法构筑了p-n型Ni WO₄(NWO)/Zn In₂S₄(ZIS)异质结,研究了不同含量的NWO对ZIS物相组分、形貌结构、能带结构、光谱吸收及光解水析氢性能等的影响,并采用一系列表征手段探讨了NWO/ZIS异质结的光催化机理.结果表明,负载NWO后,ZIS物相组分及形貌结构未发生显著变化,两种材料界面接触紧密且分布均匀;在可见光辐照下,NWO/ZIS异质结光解水析氢性能得到了显著提升,其中,最佳样品NWO-35/ZIS析氢速率达到5204.8μmol·g^-1·h^-1,为纯相ZIS(1566.4μmol·g^-1·h^-1)的3.32倍;循环实验结果表明,NWO/ZIS样品具有很好的光稳定性;能带结构和光电子动力学表征结果证实了p-n型异质结内建电场驱动的光生载流子的传输机制.     

异质结型Er2O3/TiO2复合纳米纤维制备及光催化性能

采用静电纺丝技术与溶剂热法相结合,制备了异质结型Er2O3/TiO2复合纳米纤维光催化材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等分析测试手段对材料进行表征,并以罗丹明B(RB)的脱色降解为模式反应,考察了材料的光催化性能。实验结果表明:Er2O3纳米粒子均匀地负载在TiO2纤维上,形成了异质型Er2O3/TiO2复合纳米纤维光催化材料,拓宽了光谱响应范围,有利于TiO2光生电子和空穴的分离,增强了体系的量子效率。与纯TiO2纳米纤维相比光催化活性明显提高,对RB的紫外光降解率达93.93%。     

FeS2/MoS2纳米花异质结室温电催化固氮

氨及其产物在储氢、农业和工业上都不可或缺,与此同时环境问题日益受到关注,二氧化碳零排放、低电能消耗的电催化固氮已经成为世界各国能源发展的重要战略目标．本工作中,从生物固氮酶中的Fe-Mo-S辅助因子获得灵感,一锅法合成了FeS₂/MoS₂双金属硫化物催化剂,用于电化学氮还原(NRR).FeS₂/MoS₂催化剂由纳米片构筑形成的纳米花形貌,增大了催化剂的活性表面积．并且FeS₂/MoS₂双金属硫化物之间的协同作用和异质界面有助于界面间电子转移,提高催化剂的活性．对FeS₂/MoS₂催化剂在0.1mol·L^-1 HCl电解质中进行电化学氮还原测试,-0.2V (νs.RHE)下氨产率最高可达(11.3±0.18)μg·h^-1·mg^-1,法拉第效率为(5.29±0.12)%．在酸性介质中既表现出良好的NRR活性也展示出极好的稳定性．这为进一步探索具有异质...     

1D/2D TiO2/ZnIn2S4S型异质结光催化剂及其高效制氢性能

通过半导体催化剂利用太阳能分解水制氢被认为是解决人类面临的环境问题和能源危机的有效途径.在众多的半导体光催化剂中,TiO₂由于其良好的光化学稳定性、无毒性、丰富的形貌以及低廉的价格,在光催化制氢领域备受关注.然而TiO₂的内在缺陷,如较宽的带隙、较窄的光响应范围,光生电子空穴对的快速复合,极大限制了其太阳能制氢效率.构建异质结结构被认为是解决以上问题的一个有效方法,通过将TiO₂与另一个半导体复合可以提升催化剂对太阳光的吸收范围,也可降低光生电子空穴对的复合速率.但构建一个成功的异质结结构不仅要满足上述的要求,还需要保留异质结催化剂体系中光生电子和空穴的氧化还原能力.研究表明,S型异质结是将两个具有合适能带结构的半导体进行耦合,由于费米能级的差异,两个半导体间将发生电子转移,从而引起能带弯曲并形成内建电场.光照条件下,具有较弱还原能力的光生电子在内建电场和能带弯曲的作用下与较弱氧化能力的光生空穴复合,实现异质结催化剂体系中各个半导体内部光生载流子有效分离的目标,同时保留了异质结催化剂体系中较强氧化能力和较强还原能力的光生电子和空穴,进而实现光催化活性的提高.本文采用水热合成方法,将具有更强还原能力和可见光响应特性的半导体(ZnIn₂S₄)原位生长在TiO₂纳米纤维表面,构建了1D/2DTiO₂/ZnIn₂S₄S型异质结光催化剂.最优比例的TiO₂/ZnIn₂S₄复合材料表现出优越的光催化制氢活性(6.03mmol/h/g),分别是纯TiO₂和纯ZnIn₂S₄制氢活性的3.7倍和2倍.TiO₂/ZnIn₂S₄复合材料光催化活性的提高可以归因于紧密的异质结界面、光生载流子的有效分离、丰富的反应活性位点以及增强的光吸收能力.通过原位XPS和DFT计算研究了异质结内部光生电子的转移机制.结果表明,在光照条件下电子由TiO₂向ZnIn₂S₄迁移,遵循了S型异质结内部电子的转移机制,实现了TiO₂和ZnIn₂S₄内部光生载流子的有效分离,同时保留了具有较强还原能力的ZnIn₂S₄价带电子和较强氧化能力的TiO₂导带空穴,从而显著提升光催化制氢效率.综上,本文制备的TiO₂/ZnIn₂S₄S型异质结光催化剂很好地克服了TiO₂在光催化制氢领域所面临的诸多障碍,为设计和制备高效异质结光催化剂提供了新的思路.     

S型异质结H2O2光催化剂的研究进展(英文)

随着现代经济和工业的快速发展,传统化石能源的过度开发和消耗造成了日益严重的环境污染和能源危机,极大地威胁着我们的健康和生活。我们需要开发新的可持续技术来解决日益恶化的环境和能源问题。太阳能作为一种绿色、可持续的清洁能源,在过去几十年中受到了广泛的关注。因此,开发和利用太阳能对解决当前面临的问题具有重要意义。半导体光催化技术是一种太阳能驱动的半导体材料表面催化反应过程,可利用太阳能并将其转化为其他能源,用于进一步的能量存储和应用。目前,制备高效稳定的光催化剂仍然是一个巨大的挑战。最近,为了解决传统异质结光催化剂电荷转移过程中的缺点和不足,一种新型梯形(S型)异质结概念被首次提出。S型异质结不仅有效地解决了电荷转移问题,实现了载流子的快速分离,而且保留了光催化体系最强的氧化还原能力,提高其光催化性能。到目前为止,各种S型异质结已被开发并应用于太阳能转化可用化学燃料领域以减少化石燃料的使用。此外,S型异质结也可用于降解污染物,以减少化石燃料的消耗所造成对环境恶化的影响。过氧化氢(H₂O₂)作为一种有效、多用途、绿色的氧化剂,已应用于诸多领域,包括污...     

Bi2Ti2O7/TiO2/Bi4Ti3O12多异质结的构筑及其增强的可见光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO₂纳米纤维为基质,硝酸铋为铋源,KOH为矿化剂,成功制备了多异质结Bi₂Ti₂O₇/TiO₂/Bi₄Ti₃O₁₂复合纳米纤维光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等一系列表征,对其物相组成、微观形貌和光学性质等进行分析。结果表明：TiO₂纳米纤维的介入,将Ⅰ型异质结Bi₂Ti₂O₇/Bi₄Ti₃O₁₂分离为2个Ⅱ型异质结Bi₂Ti₂O₇/TiO₂和Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂。Bi₂     

具有可见光增强芬顿活性的Ⅱ型2D/2D Cu2ZnSnS4/Bi2WO6异质结(英文)

高级氧化工艺(AOPs)是一种处理有机污染物的极具吸引力的技术.大量的前期研究工作集中在通过芬顿反应(Fenton)降解有机污染物.然而,芬顿反应需要在酸性条件下进行,必须在其过程中进行预处理.同时,反应后产生的含铁污泥需要进一步处理以满足排放要求,从而限制了芬顿反应的发展.作为另一种AOPs,光催化技术因反应条件温和、操作简单和选择性好等优点受到广泛关注.研究表明,各种铁基和铜半导体光催化材料形成光-芬顿(Photo-Fenton)系统,可有效解决芬顿反应中高价金属离子/低价金属离子的循环问题.为了充分利用芬顿氧化技术和光催化氧化技术在降解有机污染物方面的各自优势,构建具有宽太阳光谱响应的新型光芬顿催化剂具有重要意义.由于其独特的层状结构和优越的有机物光催化性能, Bi₂WO₆作为结构最为简单的钙钛矿型层状氧化物,其禁带宽度为2.6–2.8 eV,可响应可见光,已成研究最多的光催化材料之一.研究表明,将Bi₂WO₆与合适的助催化剂耦合以构建异质结是提高光生载流子分离效率、拓宽Bi₂     

Pt-C3N4/BiOCl S型异质结应用于光催化CO2还原的理论计算研究(英文)

光催化CO₂还原制备可再生的碳氢燃料为缓解温室效应、解决能源短缺问题提供了一个可行的办法。然而,单一组分光催化剂的CO₂还原活性非常低。一是因为光生载流子的快速复合导致光子效率很低。二是因为CO₂的活化需要较高的能垒。对此,研究人员作出了许多改进以提高CO₂还原性能。例如,发展S型异质结可以增强载流子的分离和光催化剂的氧化还原能力,引入金属单原子助催化剂可以优化反应热力学。因此,协同利用S型异质结和金属单原子修饰将能同时促进载流子的转移和CO₂还原反应过程。本文构建了由单原子Pt负载的g-C₃N₄和BiOCl组成的Pt-C₃N₄/BiOCl异质结模型。用密度泛函理论计算研究了其光催化性能,包括几何结构和电子性质的探索、CO₂转化过程的模拟。差分电荷密度结果表明g-C₃N₄中的电子转移至BiOCl,这是由于g-C₃     

花状CeO2/TiO2异质结的构筑及光催化性能

采用溶剂热法制备了三维花状CeO₂/TiO₂异质结光催化剂,然后以甲基橙(MO)为模拟有机污染物,在氙灯照射下考察了其光催化活性。结果表明,花状结构由纳米片和纳米颗粒复合而成,纳米片上均匀地附着CeO₂颗粒。Ce/Ti的物质的量之比(n_Ce/n_Ti)和溶剂热时间影响异质结的光催化性能,当n_Ce/n_Ti=0.1、溶剂热时间为6 h时,CeO₂/TiO₂的光催化活性达到最佳,氙灯照射50 min的降解率达95%,光催化活性优于纯TiO₂,这主要是CeO₂和TiO₂形成了异质结,有利于光生电子和空穴的分离。