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具有高效电荷分离和可见光下光催化产氢性能的超薄二维II型p-n异质结La2Ti2O7/In2S3
摘要： 本工作制备了新型二维II型p-n异质结La2Ti2O7/In2S3。该异质结的光催化活性显著优于单组分材料及其物理混合物，在可见光照射（λ ≥ 400 nm）下实现了18倍的产氢量提升。其优异性能源于异质结中La2Ti2O7与In2S3的紧密面接触，确保了电荷的高效转移。光电化学分析表明，异质结界面处发生高效电荷分离，不仅延长了电荷寿命，还大幅增强了光催化活性。这种通过构建超薄II型p-n异质结的简单策略，在光电转换、传感器等需要高效电荷分离的其他领域也具有广阔应用前景。
关键词： 电荷分离、水分解、II型异质结、二维材料、光催化剂
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过三步缩聚法简易合成具有增强光电化学性能的二维定制石墨相氮化碳，用于光催化和光电化学免疫传感器
摘要： 石墨相氮化碳（g-C3N4）是光催化与光电化学（PEC）应用中理想的二维（2D）纳米结构替代材料，但可控制备二维形貌的g-C3N4纳米层/纳米片仍面临挑战。本研究基于温度依赖的晶型特性，以双氰胺为前驱体，通过三步连续控温热缩聚工艺合成了具有二维延展特性的g-C3N4（g-CNS3）。与采用传统一步热聚合法合成的g-CNS1相比，这种具有薄膜形貌的g-CNS3展现出更优的可见光吸收能力和增强的PEC性能。凭借其优异的PEC特性，g-CNS3对亚甲基蓝表现出高效光催化去除活性并呈现快速动力学特征，同时作为光活性层构建了用于J亚群禽白血病病毒检测的高灵敏度、高特异性PEC免疫传感器。该PEC免疫分析法对目标病毒的线性检测范围为102.14-103.35 TCID50/mL，检测限达102.08 TCID50/mL。本研究为定制具有优异性能的二维g-C3N4纳米半导体提供了新方法，并为其有前景的PEC应用指明了方向。
关键词： 二维材料，光电流响应，石墨相氮化碳，光催化，光电化学免疫传感器
更新于2025-09-23 15:23:52
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低维混合钙钛矿半导体中的量子限制与介电限制效应
摘要： 混合卤化物钙钛矿如今已成为引领低成本薄膜光伏技术领域的明星材料。继高效稳定三维块体合金需求激增后，多层卤化物钙钛矿和胶体钙钛矿纳米结构于2016年作为该挑战的可行替代方案出现，其性能大幅超越了2009年和2014年分别提出的原始概念验证。这重新激发了对低维混合卤化物钙钛矿的研究兴趣，同时催生了日益增多且差异化的应用场景。本文综述了胶体纳米结构与多层化合物的既往及现有文献，强调精确结构信息的获取对合理理解量子限域效应和介电限域效应具有决定性意义。 层状卤化物钙钛矿在钙钛矿发展史上占据特殊地位，1980至1990年代涌现了大量奠基性研究。近年来，通过专门研究其电子结构和光电特性的新理论方法，以及基于现代实验技术的日益增多研究成果，结构-性能关系的理性认知获得显著提升。这是提供深度解析工具的必要步骤，以揭示其超越三维块体材料的广泛化学工程可能性。文中也着重对比了经典半导体纳米结构与二维范德华异质结构。 自2015年以来，胶体纳米结构在发光应用领域快速发展。尽管近两年通过多种光谱技术进行了深入研究，但关于量子限域和介电限域效应对其光电特性影响的描述仍处于初级阶段。
关键词： 量子限域、多层钙钛矿、结构工程、胶体纳米结构、混合卤化物钙钛矿、光电性能、二维材料、介电限域
更新于2025-09-23 15:23:52
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评估黑磷在环境降解过程中的表面化学性质
摘要： 黑磷（BP）作为电子、光学和储能应用领域颇具前景的候选材料，但其较差的环境稳定性仍是关键挑战。通过X射线光电子能谱（XPS）和衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）对环境暴露下的少层液相剥离黑磷进行评估，可探究其表面化学特性。液相剥离少层黑磷的氧化过程最初由非桥接氧化物引发，经环境暴露后转化为桥接氧化物。我们证实这些桥接氧化物具有不稳定性，在水解作用下会形成挥发性磷氧化物并从黑磷表面逸出。借助红外光谱、扫描透射电子显微镜和原子力显微镜，确认了通过持续氧化循环形成液态氧化物的过程——该过程最终导致黑磷分解。此外，研究显示少层黑磷的不稳定性源于桥接氧化物的形成。
关键词： 傅里叶变换红外光谱、黑磷、磷烯、X射线光电子能谱、二维材料、降解、环境稳定性、氧化
更新于2025-09-23 15:23:52
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理解单层和块体MoTe?中的时空光生载流子动力学以优化光电器件
摘要： 半导体二碲化钼作为一种具有诸多新颖特性的过渡金属硫族化合物崭露头角。其红外波段带隙特性尤其使其成为超薄高性能红外光电器件的理想候选材料。光生载流子的动力学特性对这类器件的性能起决定性作用。我们报道了单层和块体MoTe2中光生载流子时空动力学的实验研究。反射几何构型下的瞬态吸收测量揭示了光生载流子的超快热化弛豫过程，单层与块体MoTe2的载流子寿命分别约为60皮秒和80皮秒。通过对单层样品的空间分辨瞬态吸收测量，我们获得激子扩散系数为20±10 cm2/s、平均自由时间200飞秒、平均自由程20纳米及扩散长度350纳米；对应块体样品的数值分别为40±10 cm2/s、400飞秒、40纳米和570纳米。这些结果为理解和优化基于MoTe2的光电器件性能提供了基础数据。
关键词： 二维材料、激子、瞬态吸收、二碲化钼、过渡金属硫族化合物、扩散、光生载流子动力学
更新于2025-09-23 15:23:52
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由硅纳米球和单层WS?组成的异质结构中的共振耦合：一种磁偶极子介导的能量转移过程
摘要： 光-物质共振耦合是基础研究及光子学与光电子学应用中长期受关注的课题。本研究探究了介电纳米球磁偶极模式与单层半导体二维激子间的共振耦合。通过用单层WS?包裹单个硅纳米球，我们理论证明：由于纳米球磁偶极模式与WS?中A激子间存在强能量转移，在散射能谱图中观察到以反交叉行为为特征的共振耦合现象，其模式分裂达43 meV。与涉及等离子体纳米腔的激子-等离子体复合体不同，这种全介质异质结构中的共振耦合对硅纳米球核与WS?壳层间距不敏感。此外，两个分裂模式展现出不同的光散射方向性。我们进一步通过在WS?单层上沉积不同直径的硅纳米球并收集环境条件下所得异质结构的散射光谱，实验验证了该共振耦合效应。通过温度扫描还实现了对共振耦合的主动调控。这些发现凸显了该全介质异质结构作为研究纳米尺度强光-物质相互作用坚实平台的潜力。
关键词： 磁偶极模式、二维材料、共振耦合、二维激子、硅纳米球
更新于2025-09-23 15:23:52
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二维材料中因电阻各向异性产生的具有Dresselhaus对称性的电流诱导扭矩
摘要： 我们报道了在具有低晶体对称性的过渡金属二硫化物（TMD）材料TaTe2与坡莫合金（Py）异质结构中电流诱导扭矩的测量结果，并观测到一个具有Dresselhaus对称性的扭矩分量。我们认为该Dresselhaus分量的主要机制并非自旋轨道扭矩，而是源于电阻各向异性导致电流在垂直于外加电压方向产生分量所形成的奥斯特磁场。这种横向电流在单一均匀电阻各向异性材料制成的导线中并不存在，但当电阻各向异性材料与不同电阻率材料集成形成异质结构时——由此产生空间非均匀的电流分布模式——就会形成该效应。因此该现象将影响包含二维TMD材料及其他低晶体对称性材料的多种异质结构测量结果。
关键词： 范德瓦尔斯材料、自旋轨道矩、晶体对称性、过渡金属二硫化物、二维材料、自旋力矩
更新于2025-09-23 15:23:52
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二维过渡金属二硫化物的电接触
摘要： 二维（2D）过渡金属硫族化合物（TMDCs）作为原子级薄晶体管的新颖沟道材料，已引发广泛关注。尽管近年来取得显著进展，但晶体管性能仍主要受限于源/漏界面过高的接触电阻。本综述总结了近期提升TMDC晶体管电学接触性能的研究进展，重点讨论了接触拓扑结构、金属选择及界面工程等关键策略。
关键词： 鳍式场效应晶体管，沟道材料，二维材料
更新于2025-09-23 15:23:52
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探究合成单层二硫化钼中横向异质性的起源
摘要： 合成二维（2D）材料为下一代电子和光电器件的大规模应用提供了机遇。合成二维材料面临的最大挑战之一是横向异质性，例如非均匀应变、组分和缺陷密度。研究发现，在许多情况下，甚至在单个晶畴内，其电子和光学性质也并不均匀，这可能限制合成二维材料在先进器件中的应用。在本工作中，我们探究了广泛观察到的合成单层MoS?中横向异质性的来源。外延单晶晶畴（约10微米）在光学上是均匀的，具有0.3~0.4%的拉伸应变，而取向偏离的晶畴（>20微米）从中心到边缘表现出明显不同的光致发光（PL）信号，且中心区域应变释放。温度依赖的拉曼和PL成像显示，非外延晶畴的中心由于缺陷密度增加而表现出增强的PL信号。结合实验与密度泛函理论（DFT），我们推测两种生长机制——固-固生长和气-固生长——可能是导致横向异质性的原因。密度泛函理论计算表明，氧缺陷容易导致外延性丧失，这与我们仅在取向偏离晶畴中观察到的MoOx核壳结构一致。
关键词： 二硫化钼，二维材料，异质性
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过材料调控实现单层MoS?中的密集电子-空穴等离子体形成与超长电荷寿命
摘要： 光激发半导体中的多体相互作用可产生强关联电子态，最终形成完全电离的电子-空穴等离子体（EHP）和电子-空穴液体（EHL）物质。这些奇异相展现出独特的电子特性，如金属导电性和亚稳态高光激发密度，有望成为未来变革性应用的基础。然而其形成所需的低温条件，使得致密等离子体相的研究长期局限于特定参数空间的纯学术探索。近期在原子级薄层MoS2和MoTe2中于室温下观测到这些相的现象可能改变这一范式。深入理解EHP和EHL动力学对于开发这种多功能层状平台的新应用至关重要。本研究探究了单层MoS2中EHP的形成与消散过程。与块体半导体中的既有结论不同，我们发现光激发过程中单层MoS2的电-机械材料变化对致密EHP形成起关键作用。在自由悬挂构型下，光激发伴随无约束热膨胀，导致在临界晶格间距和光子通量处发生直接带隙向间接带隙的电子跃迁。这种材料能态景观的剧烈改变使载流子寿命提升两个数量级，并达到EHP形成所需的密度，从而形成仅需温和光激发即可维持的稳定致密等离子体态。该发现为二维半导体中基于致密等离子体态的新型应用开辟了道路。
关键词： 二维材料，密集电子-空穴等离子体，带隙重整化，二硫化钼，过渡金属二硫化物，直接带隙到间接带隙转变
更新于2025-09-23 15:23:52