基于p-n异质结CuO/TiO_(2)复合物高效的载流子分离能力构建超灵敏AFP光电化学分析

将TiO_(2)纳米粒子与Cu(pta)MOFs复合,通过高温煅烧策略制得CuO/TiO_(2)复合物.在最优实验条件下,基于复合物对可见光更强的吸收利用效率,CuO/TiO_(2)修饰的ITO电极展现出显著的光电化学(PEC)响应信号,其光电流值(59.4μA)分别是单组分TiO_(2)和CuO粒子的15.5和7.4倍.线性扫描伏安法(LSV)测试结果证实CuO/TiO_(2)/ITO电极比CuO和TiO_(2)材料具有更大的LSV响应强度.这可归因于获得的薄片层状CuO粒子及其兼有的多孔隙特征促进了光的多重散射/反射效应,同时CuO/TiO_(2)复合材料具有的典型p-n异质结构(能级带隙匹配)大幅促进了光生电荷载流子(e^(-)/h^(+))的分离与转移.选用戊二醛(GA)作为交联手臂分子,通过温和的醛胺反应将壳聚糖(CS)和anti-AFP抗体组装于CuO/TiO_(2)/ITO电极表面,再用牛血清蛋白(BSA)封闭活性位点,构建出PEC传感平台(BSA/anti-AFP/GA-CS/CuO/TiO_(2)/ITO),实现了对不同浓度甲胎蛋白(AFP)的高灵敏检测(检出限达到2.63×10^(-4) ng/mL).制备的传感电极同时展示出良好的稳定性和选择性.

p-n异质结BiVO_(4)/g-C_(3)N_(4)光阳极的制备及其光电化学水解性能

钒酸铋(BVO)可用于光电化学(PEC)水解产氢,但受限于其缓慢的表面水氧化动力学,在电极表面修饰单一的析氧助催化剂达不到理想的性能。本工作在BVO电极表面修饰FeNiO_(x)助催化剂可以显著降低起始电压,增强光电化学性能。此外,沉积g-C_(3)N_(4)后修饰FeNiO_(x)助催化剂得到的光电极具有更优异的性能。厚度适合的g-C_(3)N_(4)纳米片与BVO构成Ⅱ型p-n异质结,有效抑制了光生电子空穴的复合,促进了电极的电荷分离。电化学测试结果表明,沉积了g-C_(3)N_(4)后,电极的电荷分离效率达到88.2%,比BVO/FeNiO_(x)(60.6%)提升了近1.5倍。经过g-C_(3)N_(4)和FeNiO_(x)协同修饰的BVO/g-C_(3)N_(4)/FeNiO_(x)电极,表面电荷注入效率达到了90.2%,同时,在1.23 V(vs.RHE)条件下光电流密度达到4.63 mA·cm^(–2),是纯BVO(1.86 mA·cm^(–2))的2.48倍。本工作为开发制备高性能光阳极提供了一种有效的策略。

雪花状Cu_(2)S/缺陷型UiO-66 p-n异质结用于光催化还原Cr(Ⅵ)

为了解决金属-有机骨架材料Ui O-66可见光响应差、电子-空穴复合快的问题,以雪花状Cu_(2)S为基材,对Ui O-66进行缺陷调控,采用溶剂热法制得Cu_(2)S/缺陷型Ui O-66 p-n异质结型复合光催化剂。以K2Cr2O7溶液为目标污染物,分析其对Cr(Ⅵ)的光催化还原能力。SEM、XRD和XPS结果证明,缺陷型UiO-66在雪花状Cu_(2)S上均匀生长。莫特-肖特基曲线证明,在Cu_(2)S与缺陷型UiO-66界面处形成了紧密的p-n异质结,提高了材料对可见光的利用率,促进了光生电子-空穴对的有效分离。在模拟可见光照射下,20 mg 50%Cu_(2)S/缺陷型Ui O-66复合光催化剂(50%为缺陷型UiO-66的负载量,以生成的Cu_(2)S质量计)对50 mL质量浓度为20 mg/L的K2Cr2O7溶液的还原率高达98.92%,且循环5次后Cr(Ⅵ)的还原率仍可达96.27%。结果表明,缺陷调控和构建异质结的协同作用不仅有效解决了缺陷型Ui O-66纳米催化剂易团聚的问题,也提高了Ui O-66的光催化还原性能。

有机p-n异质结固态太阳能电池中的激子和载流子输运

在实验工作的基础上，提出了双层ｐ－ｎ异质结有机太阳能电池中激子和载流子输运的理论模型，假设只有扩散到结区的激子和该区产生的激子，才对形成光电流有贡献。这些激子被有机／有机界面的内建场离解成自由载流子。而后，电子在红（ｎ型有机半导体）层传导，空穴在酞菁（ｐ型有机半导体）层传导。据此，讨论了在红／酞菁异质结电池中，红（Ｍｅ－ＰＴＣ）层和铝氯酞菁（ＣｌＡｌＰｃ）层之间的Ｆｏｒｓｔｅｒ能量转移以及填充因子和光电转换效率均较单层肖特基型电池获得改善的机制。

Ag_(3)PO_(4)/Cu-BiVO_(4) p-n异质结的制备及其增强可见光催化降解四环素性能

利用水热和原位沉淀法将Ag_(3)PO_(4)纳米颗粒负载于Cu^(2+)掺杂的单斜相BiVO_(4)微球上成功制备了Ag_(3)PO_(4)/Cu-BiVO_(4)异质结构,并作为可见光下高效降解四环素(TC)的光催化剂.通过XRD、SEM、TEM、XPS、FTIR、UV-Vis DRS、PL和EIS等手段对样品进行了表征.结果表明,Cu^(2+)和Ag_(3)PO_(4)纳米颗粒的修饰增加了比表面积和可见光响应性能,为催化反应提供更多的异质结界面活性点位.铋(Bi)/银(Ag)物质的量比为2:1的Ag_(3)PO_(4)/Cu-BiVO_(4)催化剂在120min内对TC(20mg/L)显示出最高的光催化性能(91.68%),5次连续循环后降解率保持86.1%,表现出优异的光催化活性和稳定性.结合捕获实验和电子自旋共振(ESR)光谱证实h^(+)和·O_(2)^(-)为主要活性物种.光催化活性的增强主要归因于Cu-BiVO_(4)和Ag_(3)PO_(4)间p-n异质结构的形成和Cu^(2+)掺杂的能带调控作用,有效提高了光催化反应过程中载流子的分离和迁移效率.

p-n异质结光催化剂的制备及性能的研究进展

p-n异质结光催化剂材料因其具有特殊的能带结构和载流子输送特性,在光催化领域得到重视。本文重点介绍各种类型的p-n异质结光催化剂的研究现状,并对未来的研究方向进行了展望。

p-n异质结TiO_2/NiO光催化剂的制备及其性能研究

采用溶胶凝胶和浸渍煅烧相结合的方法,制备出了具有p-n异质结结构的球形二氧化钛表面负载氧化镍颗粒的复合光催化剂.利用XRD、TEM、UV-Vis和PL等方法对催化剂的晶相组成、微观结构、吸光性能和光致发光性能等进行了表征.结果表明氧化镍晶粒与二氧化钛晶粒紧密接触形成p-n异质结.氧化镍颗粒的负载使复合光催化剂的吸收带边发生了明显的红移,并进入了可见光区.形成的p-n异质结促进了二氧化钛光生电子和空穴的分离,从而降低了其本征发光光强度.通过在可见光条件下对亚甲基蓝的降解研究了其光催化性能,结果表明,氧化镍颗粒的负载使二氧化钛的光催化效果在可见光区有了显著地提高,并在一定范围内随着氧化镍含量的增加光催化效果也随之提高.

Ag_(2)CO_(3)/Bi_(2)O_(2)CO_(3)光催化剂的p-n异质结构筑及活性研究

采用先后沉淀法制备了Ag2CO3/Bi2O2CO3(BOC)复合光催化剂.扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征结果表明,尺寸为8. 0~18. 5 nm的Ag2CO3颗粒均匀分散于BOC纳米片表面.两种半导体之间所形成的良好p-n异质界面效应拓宽了BOC的光吸收范围,并有效促进了光生电子-空穴对的分离.Ag2CO3/BOC复合光催化剂的催化活性明显提高,其中Ag2CO3含量(质量分数)为0. 62%时活性最佳,降解罗丹明B的速率常数为纯BOC的2. 8倍.结合催化过程中的活性物种研究和两种半导体的相对能带位置,提出了p-n异质界面空间电荷层的形成以及载流子分离和迁移机制.

p-n异质结NiO/TiO2纳米复合材料的构建及应用研究进展

TiO_2和NiO分别作为n型和p型半导体材料,通过复合构建p-n异质结NiO/TiO_2纳米复合材料可以促进光生电子-空穴对的分离,从而提高光电性能。综述了不同形貌的p-n异质结NiO/TiO_2纳米复合材料的构建,如纳米球、纳米棒和纳米带等,以及其在光催化、锂离子电池、染料敏化太阳能电池和传感器等领域中的最新研究进展。

p-n异质结CuO-CeO2的制备及其丙酮气敏性能

以Ce(NO3)3·6H2O和Cu(NO3)2·3H2O为原料、NaOH为沉淀剂,用水热法制备了CuO-CeO2复合材料。采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis、XPS和比表面积及孔径分布测试技术对材料进行了表征。结果表明,与纯CeO2相比,CuO-CeO2具有较小的颗粒尺寸和较大的比表面积(38m^(2)/g)。CuO-CeO2对丙酮具有良好的气敏性能,对体积分数0.01%丙酮气体的灵敏度为95,与纯CeO2相比灵敏度提高约43倍,气敏性能的增强是由于CuO与CeO2复合后比表面积的增大及两者界面上形成的p-n异质结引起的。

钙钛矿稀土合金锰氧化物p-n异质结

由于稀土合金锰氧化物在电子输运和自旋磁性等方面具有优异特性,人们对其潜在的应用寄予了很高的期望．近5年来,人们发展了一种新型的p-n结结构:在n型掺杂的SrTiO3单晶衬底上生长具有p型性质的钙钛矿锰氧化物薄膜,制成p-n异质结结构．本文重点介绍这种新型p-n异质结的研究进展,并对该类p-n异质结的应用前景进行展望．

对p-n异质结ZnO-Cu_2O复合光催化剂的研究分析

具有p-n异质结结构的光催化剂因为其独特的导带和特殊的电子传输特性,在光催化研究中受到了越来越多的关注。本文简单介绍了对p-n异质结光催化剂的研究,并对该领域的发展做了一些分析。

p-n型NiWO_(4)/ZnIn_(2)S_(4)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NiWO_(4)(NWO)/ZnIn_(2)S_(4)(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.

板钛矿TiO_(2)/Cu_(2)O 异质结光催化CO_(2) 还原的综合性化学实验设计与教学实践

设计了板钛矿TiO_(2)(B-TiO_(2))/Cu_(2)O复合材料在光催化CO_(2)还原应用方面的综合性实验。分别合成了板钛矿TiO_(2)(B-TiO_(2))、Cu_(2)O及其B-TiO_(2)-Cu_(2)O复合材料。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)对材料的组成、结构和光学性质进行分析,通过气相色谱法对复合材料光催化CO_(2)还原性能进行了定性定量分析,并且研究了B-TiO_(2)与Cu_(2)O界面p-n异质结的形成对光催化CO_(2)还原活性的促进作用。该综合性实验课与科学前沿紧密及社会生活紧密结合,激发了学生对实验探索的兴趣,锻炼了学生的文献调研和动手实践能力,可作为大学本科生应用化学三年级的综合实验教学内容,为毕业论文的教学工作开展奠定了基础。

高分子p-n异质结太阳电池的研究

用合成的十二烷基苯磺酸（ＤＢＳＡ）掺杂的聚苯胺（ＰＡｎ）导电材料和染料组合，采用涂覆技术，研制成ＳｎＯ２／ＰＡｎ膜／染料薄层／Ａｌ栅电极结构和Ａｌ／ＰＡｎ导电基片／染料薄层／Ａｌ栅电极结构的ｐ－ｎ异质结太阳电池。测定了该电池的光电效应和伏安特性。在４７２ｍＷ／ｃｍ２的氙灯照射下，开路电压Ｖｏｃ达４００ｍＶ，短路电流Ｉｓｃ为１０μＡ，填充因子可达５７４％，光电转换效率为００９％。并初步讨论了影响电池光电效应的因素。

磁控溅射法制备La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/Nb_(0.01)SrTi_(0.99)O_3异质p-n结的整流特性研究

采用磁控溅射方法,首次在n型Nb0.01SrTi0.99O3单晶衬底上成功制备出La0.7Sr0.3MnO3/Nb0.01SrTi0.99O3异质p-n结。电学性能测试表明,该异质结在40～320K温度范围内均表现出较好的整流特性,且扩散电势随温度升高而降低。这是由于耗尽层厚度在热扩散作用下逐渐变薄以及温度对界面电子结构调制作用的共同结果。随外加正向偏置电流的增加,提高La0.7Sr0.3MnO3薄膜中的空穴浓度,增强其双交换作用,使金属-绝缘转变温度从200K升高至约250K。

Ag_2CO_3/Ag_2O异质p-n结光催化剂的制备及其可见光光催化性能

采用光分解法成功在Ag2CO3颗粒上制备了Ag2CO3/Ag2O异质p-n结.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)和紫外-可见光分光光度计对样品的结构、形貌和光学性能进行表征.以甲基橙(MO)为模型污染物,考察Ag2CO3/Ag2O复合光催化剂在可见光下作用下的光催化性质.结果表明,Ag2CO3/Ag2O异质p-n结能够促进光生电荷的分离,有效提高了Ag2CO3的可见光光催化活性.光催化反应进行80 min后,Ag2CO3/Ag2O复合光催化剂对甲基橙降解率达到86%,而纯Ag2CO3只能降解51%的甲基橙.结果表明表面修饰Ag2O的Ag2CO3复合材料是一种高活性的光催化剂.

异质结型AgBr/CuO光催化剂的合成、光催化活性及再生

采用沉淀法制备了具有p-n异质结结构的AgBr/CuO可见光催化剂,对其结构进行了表征,通过甲基橙溶液的降解率评价了AgBr/CuO的光催化活性,并通过活性物种测试及能带结构分析推测了其光催化机理,采用3%(质量分数)溴水对使用后的AgBr/CuO进行了再生处理.结果表明,在可见光照射下,0.1 g AgBr/CuO光催化剂30 min对甲基橙溶液(初始浓度为15 mg/L)的降解率高达92%,远高于同等条件下的AgBr.AgBr/CuO光催化活性提高的原因是Ag Br与CuO的复合一方面使催化剂的禁带宽度变宽,提高了光生电子与光生空穴的氧化还原能力;另一方面,在两者之间形成了p-n型异质结结构,有利于光生电子的转移及光生电子与空穴的分离.采用绿色环保的溴水再生法可显著恢复催化剂的光催化活性.

CuPc-G-PAn/Perylenes异质结太阳电池性能研究

对聚苯胺材料进行染料接枝改性 ,将其用作异质结光伏电池的 p型材料 ,制作出结构为导电玻璃 /酞菁铜接枝聚苯胺 (p型 ) / (n型 ) /Al)简写为 ITO/Cu Pc- G- PAn(p型 ) / (n型 ) /A1 )的有机 p- n异质结光伏电池。该电池在 37.2 W/m2 的碘钨灯照射下 ,开路电压 Voc=80 2 m V,短路电流 Isc=41μA/cm2 ,填充因子 FF =58 ,能量转换效率大约为 0 .51 ,它比聚苯胺及肖特基电池大得多。通过测量其电流—电压 J— V和电容—电压 C— V特性 ,研究了其光伏效应及电学性能。J— V特性表明 ,二极管的曲线因子约为 6.3,比 1大得多 ;C— V特性表明 ,在 Cu Pc- G- PAn/界面处的耗尽层约为 2 31 nm,从 p/n层的光吸收谱可知 ,光激活层在 Cu Pc- G- PAn/界面处 ,它们分别与 ITO及铝形成欧姆接触。

In_(2)O_(3)-CuO的制备及其光活化下的室温甲醛气敏性能

以InCl_(3)•4H_(2)O和Cu(NO_(3))2•3H_(2)O为原料、尿素为沉淀剂,采用水热法制备了In_(2)O_(3)-CuO复合材料。通过XRD、SEM、TEM、UV-Vis吸收光谱、XPS、EIS对其进行了表征,探究了紫外光活化In_(2)O_(3)-CuO复合材料的气敏性能与传感机制。结果表明,In_(2)O_(3)-CuO复合材料在375 nm紫外光照射室温(25℃)条件下对质量浓度50 mg/L甲醛气体的灵敏度为298,与纯In_(2)O_(3)(2.4)相比灵敏度提高123倍,气敏性能的巨大提升得益于In_(2)O_(3)与CuO形成的p-n异质结,协同光活化条件下异质结界面产生的光生电子-空穴与氧物种(O_(2)和O_(2)-)间建立了氧的光活化吸附-解吸循环,使室温下材料的气体吸附-解吸过程和表面反应增强。