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揭示NiS@Ta_(2)O_(5)纳米纤维中梯型电荷转移路径及光催化CO_(2)转化性能
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作者 邵秀丽 李可 +3 位作者 李静萍 程强 王国宏 王楷 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期193-203,共11页
近年来,人口的快速增长和化石燃料的过度使用导致大气中的CO_(2)含量持续上升.光催化技术是可以解决上述问题的有效途径之一.利用光催化技术将大气中CO_(2)还原为以CO,CH_(4),CH_(3)OH为代表的气相或液相碳氢燃料是解决能源危机和温室... 近年来,人口的快速增长和化石燃料的过度使用导致大气中的CO_(2)含量持续上升.光催化技术是可以解决上述问题的有效途径之一.利用光催化技术将大气中CO_(2)还原为以CO,CH_(4),CH_(3)OH为代表的气相或液相碳氢燃料是解决能源危机和温室效应的有效策略.为实现高效率光催化CO_(2)还原反应,半导体光催化剂应具有光吸收范围广、载流子传输路径短及反应活性位点丰富等优点.一维纳米结构光催化剂结合了纳米颗粒和薄膜的优点,有利于材料在光催化反应后从体系中有效分离.特别是通过静电纺丝法制备的纳米纤维光催化剂可以组装成独特的三维网络,在光催化CO_(2)还原领域中更有利于光催化剂的重复使用.一维Ta_(2)O_(5)纳米纤维能够有效缩短光生电子从材料内部到材料表面的传输距离,减少电子和空穴在光催化剂中的复合.但Ta_(2)O_(5)的带隙较宽,导致光响应范围窄,而且在单一的半导体材料中,宽可见光吸收范围和强氧化还原能力难以共存.NiS是一种直接带隙硫化物半导体光催化剂,拥有较宽的光响应范围.为了提高单一Ta_(2)O_(5)纳米纤维的光催化活性和光吸收范围,构建梯型异质结已被证实是提高光催化活性的一种有前途的策略.梯型异质结不仅能有效地分离光生电子和空穴,而且有利于还原能力低的半导体导带上的电子和氧化能力低的半导体价带上的空穴复合,而氧化还原能力较强的空穴和电子分别被保留.因此,构建新型梯型NiS@Ta_(2)O_(5)异质结纤维光催化剂可以解决太阳能利用率低和光生载流子复合速率快的问题,在光催化还原CO_(2)领域具有重要的理论和现实意义.本文利用简单的静电纺丝辅助离子交换策略制备了一系列梯型NiS@Ta_(2)O_(5)异质结光催化剂(标记为xNSTO,x=10,20,50,代表Ni(OH)2@Ta_(2)O_(5)中Ni(OH)_(2)的百分含量),采用透射电子显微镜(TEM)和能谱分析观察了光催化剂的形貌及元素分布,结果表明,二维NiS纳米片生长在一维Ta_(2)O_(5)纤维上形成均匀分布的核-壳结构.光电流、表面光电压谱及阻抗响应图谱表明,NSTO复合材料具有较高的光响应和较低的阻抗,有利于电子空穴的运输.光催化CO_(2)还原测试结果表明,20NSTO催化剂拥有最高的CO_(2)光还原活性(CO产率43.27μmol g^(-1)h^(-1);CH_(4)产率6.56μmol g^(-1)h^(-1)).同时,催化剂经过10次循环测试后催化活性没有明显下降,说明光催化剂具有较好的稳定性.此外,界面内建电场、能带边缘弯曲和库仑协同作用促进了NiS@Ta_(2)O_(5)异质结光催化剂相对无用的电子和空穴的复合.原位辐照X射线光电子能谱测试和电子顺磁共振实验结果表明NiS@Ta_(2)O_(5)异质结光催化剂中的电子迁移遵循梯型电荷转移路径.综上,本文提供了一种简单的纳米纤维基梯型异质结光催化剂的制备方法,可以优化能带结构以促进光生载流子的分离,从而实现高效的太阳燃料制备. 展开更多
关键词 ta_(2)O_(5)纳米纤维 异质结 光催化CO_(2)还原 电荷分离 梯型机理
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MoTe_(2)/Ta_(2)NiSe_(5)/MoTe_(2)范德华双异质结实现超快、宽带和偏振敏感光电探测器
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作者 张洁莲 黎思娜 +9 位作者 朱玲玉 郑涛 李翎 邓群睿 潘志东 江美华 杨亚妮 林月蓉 李京波 霍能杰 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期2182-2192,共11页
高效光电探测器在监控、热成像、光通信和环境监测等领域具有广泛、迫切的应用需求.优化光电探测器参数如微型化、高量子效率、超快响应速度等,仍然是一项艰巨的任务.我们提出了一种由顶部/底部MoTe_(2)和中间Ta_(2)NiSe_(5)层组成的双... 高效光电探测器在监控、热成像、光通信和环境监测等领域具有广泛、迫切的应用需求.优化光电探测器参数如微型化、高量子效率、超快响应速度等,仍然是一项艰巨的任务.我们提出了一种由顶部/底部MoTe_(2)和中间Ta_(2)NiSe_(5)层组成的双范德华异质结.利用双异质结界面增强光收集效率和产生两个对立的内置电场,使得器件具有400到1550 nm的宽光谱响应,并表现出优异的性能,包括82.9%的外量子效率和3.5/4.2μs的快速响应速度.此外,利用二维Ta_(2)NiSe_(5)纳米片的面内各向异性,我们实现了在635和1550 nm波长下的极化灵敏度,分别为16.3和8.1.这项研究为开发高性能和多功能光电探测器提供了平台,为先进光电器件的设计和应用提供了新的方向. 展开更多
关键词 polarimetric photodetector taznises/mote_(2)het-erojunction PHOTOVOLtaIC polarization sensitivity
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Ta_(2)NiSe_(5)/GaN范德华异质结用于具有超高响应性和耐恶劣环境的紫外光电探测器 被引量:1
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作者 雷剑鹏 郑涛 +6 位作者 吴望龙 郑照强 郑筌升 王小周 肖文波 李京波 杨孟孟 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期863-870,共8页
氮化镓由于其直接带隙、固有的紫外吸收和高击穿电压引起了人们对其在紫外光电探测领域的极大研究兴趣.在本工作中,我们成功地将新型三元硫族化合物Ta_(2)NiSe_(5)与非故意掺杂的GaN堆叠,形成了具有典型I型能带排列的混合维度的Ta_(2)Ni... 氮化镓由于其直接带隙、固有的紫外吸收和高击穿电压引起了人们对其在紫外光电探测领域的极大研究兴趣.在本工作中,我们成功地将新型三元硫族化合物Ta_(2)NiSe_(5)与非故意掺杂的GaN堆叠,形成了具有典型I型能带排列的混合维度的Ta_(2)NiSe_(5)/GaN(2D/3D)范德瓦尔斯异质结构.该异质结构表现出优异的紫外探测性能(光开关比为10~7,响应度为1.22×10^(4)A W^(-1)).此外,在365 nm的光照和4 V的偏压下,探测度提高至1.3×10^(16)Jones,并表现出1.22/31.6 ms的快速响应速率.值得注意的是,该器件还具有优异的稳定性、可重复性和抗恶劣环境条件(包括高温和酸性条件)的耐受性.得益于光电探测器的高响应度、探测度和光开关比,我们成功地将该异质结构器件集成到紫外光通信中,证明了Ta_(2)NiSe_(5)/GaN光电探测器在信息传输中有着优异的应用前景. 展开更多
关键词 GAN ta_(2)nise_(5) heterojunction UV photodetector super-high responsivity harsh environment-resistant
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Ta_(3)N_(5)–LaTaON_(2) heterojunction with matched interfaces to accelerate charge separation for efficient photocatalytic water oxidation
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作者 Guoan Lin Chi Zhang Xiaoxiang Xu 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第23期241-250,共10页
Charge separation is generally considered as the most critical step to achieve efficient photocatalytic reactions. Although charge separation can be promoted by a semiconductor heterojunction, its efficacy is inherent... Charge separation is generally considered as the most critical step to achieve efficient photocatalytic reactions. Although charge separation can be promoted by a semiconductor heterojunction, its efficacy is inherently restrained by the mismatched atomic arrangements across the heterojunction interfaces. Here, Ta3N5–LaTaON2 heterojunction with matched interfaces has been fabricated by one-step ammonolysis treatment of KLaTa2O7. The match interfaces are formed by nearly perfect adhesion of Ta3N5 (010) and LaTaON2 (101¯) facets whose interatomic distance is similar. Compared with conventional heterojunction, the so-formed Ta3N5–LaTaON2 heterojunction are extremely efficient in accelerating charge separation which in turn enables a high photocatalytic activity. An apparent quantum efficiency as high as 11.6% at 420 ± 20 nm has been reached by Ta_(3)N_(5)–LaTaON_(2) heterojunction, which is almost three times higher than Ta_(3)N_(5)-LaTaON_(2) mixtures. These results signify the importance of matched heterojunction interfaces for charge separation and provide a paradigm in the design of efficient heterojunction-based semiconductor photocatalysts. 展开更多
关键词 Semiconductor heterojunction LataON_(2) ta_(3)N_(5) PHOTOCAtaLYST Water oxidation
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Ta_(2)NiSe_(5) nanosheets as a novel broadband saturable absorber for solid-state pulse laser generation 被引量:2
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作者 Bingzheng Yan Haowen Guo +5 位作者 Guanbai He Jiajia Mao Feifei Wang Kejian Yang Baitao Zhang Jingliang He 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第6期1468-1476,共9页
Two-dimensional(2D)ternary chalcogenides have attracted great attentions because of their novel chemical and physical properties arising from the synergistic effect and stoichiometric variation with the additional thi... Two-dimensional(2D)ternary chalcogenides have attracted great attentions because of their novel chemical and physical properties arising from the synergistic effect and stoichiometric variation with the additional third element compared with their binary counterparts.Here,high-quality 2D tantalum nickel selenide(Ta_(2)NiSe_(5))nanosheets are successfully fabricated by a liquid-phase exfoliation(LPE)method.The ultrafast excited carrier relaxation time and nonlinear optical absorption response are investigated and reveal that the prepared 2D Ta_(2)NiSe_(5)nanosheets have excellent broadband saturable absorption properties,which are further illustrated by three passively Q-switched(PQS)allsolid-state lasers operating at 1.0,2.0 and 2.8μm with the Ta_(2)NiSe_(5)nanosheet-based saturable absorber(SA).Furthermore,mode-locked laser operation with the pulse width as short as 356 fs is also realized at 1.0μm.This work not only demonstrates the excellent nonlinear optical proprieties and optical modulation performance of Ta_(2)NiSe_(5),but also paves the way for exploring the photonic and optoelectronic proprieties of ternary chalcogenide materials. 展开更多
关键词 ta_(2)nise_(5) saturable absorbers passively Q-switched lasers ultrafast lasers
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