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非晶氧化锌/硫化铅量子点异质结用于高效响应宽带光电探测器
摘要: 将硫化铅量子点(QDs)与高导电性材料集成,并确保其兼容可扩展的制备工艺,是实现量子点基光电探测器应用的重要途径。本研究首次通过结合非晶氧化锌与硫化铅量子点构建异质结结构,开发出一种宽带光电探测器。该探测器在640纳米和1310纳米光照下的探测率分别达到7.9×1012琼斯和4.1×1011琼斯。我们系统研究了脉冲激光沉积过程中背景氧压对氧化锌薄膜电子结构的影响,发现其与氧空位浓度变化相关,并对导电性起关键作用。通过提高氧空位浓度,非晶氧化锌层的电子迁移率显著提升且功函数降低,这些特性有利于增强ZnO/PbS量子点光电探测器的光电流。本研究为开发高性能宽带光电探测器提供了一种简单且高度可扩展的方法。
关键词: 氧空位,非晶氧化锌,宽带光电探测器,迁移率,异质结
更新于2025-09-16 10:30:52
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通过超薄多孔ZnO纳米片中聚集氧空位实现苯酚光催化生成二羟基苯
摘要: 作为一种节能且环保的方法,太阳能驱动的光氧化催化合成有机化学品已受到广泛关注,但在开发高效光催化剂材料方面仍面临巨大挑战。二维材料工程和光催化剂表面缺陷工程均为提高催化活性提供了有效策略。受此启发,我们基于光催化氧化过程,设计并合成了具有丰富氧空位的超薄多孔ZnO纳米片,专门用于生产二羟基苯。采用多种有效表征手段解析了所得模型催化剂的结构特征,结果表明所得ZnO片层平均厚度为3 nm,并具有丰富的表面多孔性,从而形成丰富的氧空位。这种结构通过材料设计产生协同效应,既能增强光学吸收,又能提高光生载流子的传输速率。正如预期,这种特殊的超薄ZnO纳米片在苯酚氧化为二羟基苯的反应中表现出显著提升的光催化活性(转化率达31.5%,二羟基苯选择性近76.7%),其转化率和选择性分别比氧空位较少的同类材料和块体ZnO高出近3倍和4倍。值得注意的是,该催化剂在五次循环使用中均未出现活性损失,表现出持久的催化性能。最后,通过对照清除剂实验提出了可行的氧化机理并得到验证。本研究为设计高性能光催化材料提供了新的参考。
关键词: 氧空位,氧化锌,超薄纳米片,苯酚氧化,光催化
更新于2025-09-12 10:27:22
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碳量子点(CQDs)修饰的Bi2O3-x复合光催化剂在近红外光驱动下对AO7表现出优异的光降解活性
摘要: 本工作通过NaBH4还原Bi2O3制备了具有表面氧空位的Bi2O3-x,随后在其表面沉积碳量子点(CQDs)获得一系列CQDs/Bi2O3-x复合材料。HRTEM和XPS表征表明,通过调节NaBH4溶液浓度可控制表面氧空位层厚度,并实现CQDs与Bi2O3-x的紧密接触。以酸性橙7(AO7)为目标反应物,研究了CQDs/Bi2O3-x复合材料在模拟太阳光和近红外光照射下的光催化降解活性。发现样品的光催化活性与NaBH4浓度及CQDs含量密切相关。与Bi2O3相比,Bi2O3-x样品表现出增强的模拟太阳光驱动光催化活性,其中NaBH4浓度为3 mmol/L的3R-Bi2O3-x最佳降解效率达Bi2O3的1.38倍。在3R-Bi2O3-x表面负载CQDs后,其模拟太阳光光催化活性进一步提升,其中15C/3R-Bi2O3-x样品在60分钟照射下AO7降解率达~97%。不同于Bi2O3和3R-Bi2O3-x,15C/3R-Bi2O3-x还具有近红外光驱动光催化降解活性。苯酚在模拟太阳光和近红外光下的降解进一步证实了CQDs/Bi2O3-x复合材料的本征光催化活性。光电流响应和电化学阻抗谱(EIS)测试证实CQDs/Bi2O3-x样品中光生电荷的高效迁移与分离。?OH和h+被证明是CQDs/Bi2O3-x复合材料在模拟太阳光和近红外光催化过程中的主要活性物种?;谏鲜鍪笛?,提出了CQDs/Bi2O3-x复合材料在模拟太阳光和近红外光照射下的光催化降解机理。
关键词: 光催化、复合材料、氧空位、碳量子点、Bi2O3
更新于2025-09-12 10:27:22
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有氧退火TiO?(B)电极中界面晶格应变驱动的氧空位生成
摘要: 氧空位在决定材料的物理化学性质方面起着关键作用,可提升电子器件、太阳能电池、催化、传感器以及能量转换与存储等领域的性能。传统引入氧缺陷的方法主要依靠降低氧分压以移除产物从而改变平衡位置。然而,目前缺乏直接影响反应物使反应向生成氧空位方向移动的手段,填补这一合成方法学空白极具挑战性。本研究以TiO2(B)为模型体系,展示了一种通过在反应物上包覆施加界面应变来降低反应能垒从而制备氧空位的策略。几何相位分析和密度泛函理论模拟证实,外应变显著降低了氧空位的形成能。得益于此,所得缺氧TiO2(B)展现出卓越的电容储能性能(例如在0.5 mV s?1扫描速率下达到≈53%),远超未改性样品的≈31%。同时,改性电极表现出显著提升的倍率性能,在20 C(≈6.7 A g?1)下容量达112 mAh g?1,比空气退火TiO2高约30%,与真空煅烧TiO2相当。该工作开创了通过界面控制实现材料机械调控以理性设计缺陷的新范式。
关键词: 有氧退火、氧空位、赝电容电荷存储、锂离子电池、界面晶格应变
更新于2025-09-12 10:27:22
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TiO2和ZnO纳米棒中的氧非化学计量比:对染料及Sb2S3敏化太阳能电池光伏性能的影响
摘要: 通过水热法合成了金红石型TiO?(TiO?-NR)和ZnO(ZnO-NR)纳米棒结构材料。这些氧化物直接生长在氟掺杂SnO?包覆玻璃上,并在450°C空气(AA)和氢气(HA)氛围中退火3小时。详细的物相结构、光学及微观结构研究表明AA样品形成了稳定晶相,HA样品保持结构稳定。TiO?-NR和ZnO-NR光阳极分别呈现g值约1.99和1.95的EPR信号,证实存在氧空位(OV)相关缺陷。TiO?-NR-HA的EPR信号强于TiO?-NR-AA且ZnO-NR-AA中未检测到信号,表明氢化处理增加了缺陷浓度。这使得氢化处理的TiO?-NR-HA和ZnO-NR-HA光阳极在1太阳光照下的光电导率较AA样品提升两个数量级。染料敏化和Sb?S?敏化太阳能电池中,氢化ZnO-NR的光伏功率转换效率提升2-3倍,而TiO?-NR效率则降低一半。这种效率变化与界面阻抗的改变一致:染料或Sb?S?敏化的TiO?-NR-HA光阳极界面阻抗增大,而敏化的ZnO-NR-HA光阳极界面阻抗减小。研究表明尽管光电导率提升1-3个数量级,但敏化剂/光阳极界面阻抗对效率起决定性作用。
关键词: 氧空位、纳米棒、光阳极、效率、氧化锌、太阳能电池、二氧化钛
更新于2025-09-12 10:27:22
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深紫外激光处理对硅掺杂氧化锡薄膜的影响
摘要: 本文研究了深紫外(UV)激光对非晶硅掺杂氧化锡(非晶Si-Sn-O,a-STO)薄膜物理和电学性能的影响。通过分析激光处理后a-STO薄膜的表面形貌、厚度、结晶度及光学带隙发现:深紫外激光处理使薄膜厚度减小、表面粗糙度降低,同时保持了非晶结构,表明薄膜质量得到提升;氧空位结合能峰位下移,这是氧空位增多导致配位数降低所致,且激光处理后薄膜氧空位含量增加;此外,深紫外激光处理还拓宽了a-STO薄膜的光学带隙。该研究拓展了深紫外激光在氧化物半导体领域的新应用。
关键词: 氧空位、非晶STO薄膜、光学带隙、深紫外激光
更新于2025-09-12 10:27:22
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通过(NH4)2S调控SnO2表面缺陷以实现高效钙钛矿太阳能电池
摘要: 氧化锡(SnO?)被广泛用作钙钛矿太阳能电池(PSCs)中的电子传输层(ETL)。然而,SnO?的氧空位不仅是光生载流子非辐射复合的陷阱态,还会形成载流子传输的电势垒。为解决这一问题,向SnO?前驱体中引入硫化铵[(NH?)?S],通过终止Sn悬键(S–Sn键)来钝化表面缺陷。在减少表面陷阱后,SnO?薄膜的电子迁移率和导电性显著提升,同时载流子复合降低。此外,S-SnO?的能级也略有调整。因此,这种硫化物钝化方法显著提高了ETL的电子收集效率。此外,Sn–S–Pb的键合将钙钛矿晶体锚定在钙钛矿/SnO?界面,从而提高了电子提取效率和PSC的稳定性?;谡庵諷-SnO? ETL,PSC的功率转换效率从18.67%大幅提升至20.03%,相比参照样品。本研究表明,SnO?的表面缺陷钝化是一种高效且简单的方法,可提升光伏性能,有望成为高效器件的ETL。
关键词: 氧空位、载流子传输动力学、二氧化锡电子传输层、表面钝化、钙钛矿太阳能电池
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于BiFeO?的多铁性材料中氧空位调控的磁极反转磁性特性
摘要: 铁氧体氧化物中普遍存在的氧空位会显著影响其磁性能。深入理解氧空位与磁性之间的关系具有重要意义。本研究报道了单相多铁性BiFeO3(BFO)基体系中磁性与氧空位浓度的依赖关系。我们通过控制氧空位合成了BiFeO3-DyFeO3(BDFO)固溶体,并采用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和交流阻抗谱进行了表征。研究发现磁性能(特别是磁极反转)高度依赖于氧空位浓度。在570-1000奥斯特的磁场范围内,氧空位会根据其浓度在Dy3+离子上产生外斯分子场,并通过打破Fe3+离子两个近乎反平行自旋晶格间的平衡导致残余净磁化强度。本研究展示了一种有效控制氧空位进而调控磁性能的方法,同时阐明了BFO基多铁材料中氧空位与磁性的关系。
关键词: 氧空位,铁酸铋BiFeO3,磁极反转
更新于2025-09-11 14:15:04
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多功能p型碳量子点:一种用于高性能钙钛矿发光二极管且显著增强稳定性的新型空穴注入层
摘要: 来自本征氧空位的过量电子在金属氧化物的表面化学和催化性能中起着关键作用。这种效应在锕系元素二氧化物(AnO?,最常见的核燃料)中尤为显著,辐射可诱导空位的形成。然而,过量电子在AnO?表面的行为尚未得到充分研究。本文通过第一性原理研究了AnO?(111)表面(An = Th、U、Pu)氧空位过量电子的电子结构,通过U值渐变和占据矩阵控制寻找过量电子的低能解。研究发现,过量电子在ThO?中局域于空位处,在PuO?表面迁移至金属5f轨道,UO?则处于中间状态。这一变化显著影响AnO?表面的催化性能:在水存在时,过量电子导致ThO?和UO?表面发生放热性的水分解并生成分子氢,而在PuO?表面氢的生成在热力学上不利。本研究对AnO?的表面化学与腐蚀行为(进而影响乏核燃料的处理与长期贮存)具有重要启示意义。
关键词: 氧空位、催化性能、核燃料、过剩电子、锕系元素二氧化物、水分解
更新于2025-09-11 14:15:04
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高尔夫球状、星状、海胆状和花状SrTiO3的形貌可控合成及其高效光催化降解与产氢应用
摘要: 作为典型的钙钛矿型金属氧化物,SrTiO3已成为多个领域极具前景的候选材料。然而,目前仍缺乏具有可控形貌、高比表面积和增强光催化活性的SrTiO3合成方法。本研究通过乙二醇-水混合溶剂热法,成功制备了一系列形貌精准可控的多孔SrTiO3材料,包括组装纳米颗粒(ANPs)、高尔夫球状颗粒(GLPs)、星形微球(SLMs)、海胆状微球(ULMs)和花状微球(FLMs)。溶剂热反应过程中VEG/VH2O比例对形貌演化起关键作用。通过对比研究光催化产氢和光降解性能,提出了SrTiO3可能的光催化机制。值得注意的是,经优化的低铂负载量(0.075wt.%)海胆状微球(ULMs)和花状微球(FLMs)光催化剂因其高比表面积和富缺陷表面结构,展现出卓越的产氢速率(8.21和7.29 mmol·g-1·h-1)。这种简便可控的多样化SrTiO3结构合成方法,对钙钛矿材料的设计与应用具有重要价值。
关键词: 介孔SrTiO3,氧空位,光催化,可控合成,形貌演化
更新于2025-09-11 14:15:04