1 中国计量大学材料与化学学院, 杭州 300018
2 河北民族师范学院, 承德 067000
近年来, 二维磷烯(2D BP)因其较短的电荷传输距离、高载流子迁移率和充分暴露的表面活性位点, 成为电催化剂的理想材料。然而, 不适合的含氧中间体吸附能使其反应动力学迟缓, 进而限制了其实际应用。本文通过引入颗粒状的非晶Ni2P化合物, 构建Ni2P@BP异质结, 在改善反应活性的基础上, 提高其电化学稳定性。研究结果表明: 相较于纯BP和Ni2P电催化剂, Ni2P@BP催化剂展现出优异的析氢(HER)和析氧(OER)催化活性, 在10 mA/cm2电流密度下的过电势分别为167和186 mV。Ni2P@BP作为双功能电催化剂, 仅需1.54 V的外加偏压(Vapp)就可以实现10 mA/cm2的电流密度。将其与a-Si:H/a-SiGe:H/a-SiGe:H三结叠层太阳电池连接, 实现了超过7%的太阳能制氢(STH)转换效率, 相较于作为双功能电催化剂的纯BP提高了95%。
电催化剂 二维磷烯 太阳能制氢 太阳能电池 全分解水 electrocatalyst 2D phosphorene Ni2P Ni2P solar to hydrogen solar cell overall water splitting
1 安顺学院数理学院, 贵州 安顺 561000
2 安顺学院航空电子电气与信息网络工程中心, 贵州 安顺 561000
3 安顺学院电子与信息工程学院, 贵州 安顺 561000
利用第一性原理赝势平面波方法计算了杂质 (X=C, Al) 掺杂新型二维材料磷烯的结构参数、能带结构、Mulliken 布居分析、差分电荷密度以及光学性质。结果表明杂质掺杂后磷烯材料的结构发生了畸变, 但是掺杂体系的结构是稳定的。C 掺杂后, 费米能级进入价带中, 带隙变窄, 变 为 0.826 eV 的直接带隙; Al 掺杂后, 体系变为间接带隙半导体, 带隙略有展宽, 带隙为 0.965 eV。 Mulliken 布居分析和差分电荷密度的分析都表明掺杂后体系的电荷分布发生了转移, C 原子附近出现了电荷积累, 而 Al 原子附近出现了电荷消耗。在 (1 0 0) 极化方向上的光学性质计算表明: 在红光及红外线的范围 内, C 掺杂后磷烯材料储存电磁能的能力有所减弱, 而 Al 掺杂后储存电磁能的能力有所增强; C 掺杂后折射率 n0 减小, Al 掺杂后折射率 n0 增大; 吸收系数和反射率峰值均降低; 掺杂前后磷烯材料都可作为光储存材料。以上结果说明采用不同杂质掺杂可以调制磷烯材料的光电性质。
材料 光电性质 掺杂 磷烯 materials photoelectric properties doping phosphorene
1 沈阳大学机械工程学院, 沈阳 110044
2 沈阳大学师范学院, 沈阳 110044
石墨烯的零带隙和二硫化钼载流子迁移率低的性质阻碍了它们在电子器件中的应用。单层黑磷的成功制备和磷烯的直接带隙、较高的载流子迁移率和负的泊松比等性质弥补了石墨烯和二硫化钼的不足, 引发了人们对低维第五主族纳米材料的研究兴趣, 使低维第五主族纳米材料在材料科学和光电子等领域快速发展。本文总结了近几年第五主族低维纳米材料的一些研究成果, 结合理论计算和实验合成两个方面进行研究, 分析了材料的结构和性能之间的关系, 最后对上述材料的制备方法及应用情况进行了总结。低维第五主族纳米材料呈现出多种晶体结构、较高的动力学稳定性、丰富的电子结构性质和较高的载流子迁移率等特性。上述性质使得低维第五主族纳米材料在低维光电子器件等方面具有广泛的应用前景。
低维纳米材料 磷烯 砷烯 锑烯 铋烯 二维半导体 low-dimensional nanomaterial phosphorene arsenene antimonene bismuthene two-dimensional semiconductor
1 华侨大学 材料科学与工程学院, 厦门 361021
2 福州大学 化学学院, 能源与环境光催化国家重点实验室, 福州 350116
半导体光催化分解水被认为是解决全球能源短缺和环境污染问题的潜在途径之一。近年来, 磷烯(BP)由于具有带隙可调、空穴迁移率高、吸收光谱宽等特性而在光催化分解水方面得到了广泛关注。本文综述了国内外近年来在磷烯光催化分解水领域所取得的重要研究进展, 总结了磷烯基光催化剂的合成方法、表面修饰和异质结构构建等改性策略, 阐述了磷烯基光催化剂的构-效关系和电荷转移机制, 并展望了磷烯基光催化剂所面临的机遇和挑战, 揭示了磷烯基材料在太阳能利用和转化方面的重要应用潜力。
磷烯 光催化 分解水 二维材料 综述 phosphorene photocatalysis water splitting two-dimensional materials review
近年来，二维(2D)g-C3N4基材料因其较短的电荷传输距离和充分暴露的表面活性位点，受到科研工作者的广泛关注。然而，g-C3N4较差的电荷分离和光吸收能力限制了进一步实际应用。通过引入具有高载流子迁移率和可见光响应的磷烯(FBP)，构建FBP/g-C3N4异质结同时增强光催化剂的光吸收和电荷分离能力；同时，具有良好催化活性的FBP也可以作为g-C3N4的助催化剂，进一步降低电荷在催化剂/电解液界面处的反应势垒，从而有效抑制电荷复合，并提高光催化制氢效率。研究结果表明：相较于纯g-C3N4，FBP/g-C3N4异质结不仅可以有效抑制电荷复合、促进光生电荷分离，而且可以极大地拓宽光谱响应范围。最终，构建的FBP/g-C3N4异质结光催化剂获得了1.08 mmol?g-1?h-1的光催化制氢速率，相较于纯g-C3N4提高了1.2倍。
光催化剂 磷烯 太阳能制氢性能 photocatalyst g-C3N4 g-C3N4 phosphorene solar driven hydrogen evolution
内蒙古民族大学物理与电子信息学院, 内蒙古 通辽 028043
利用Lee-Low-Pines (LLP)幺正变换、线性组合算符和变分方法,推导出均匀磁场中极性基 底上单层黑磷烯中极化子的基态能量公式,研究了磁场、基底材料对单层黑磷烯中极化子基态能量的影响。 数值计算表明:基底与单层黑磷烯之间的垂直距离和截断波矢保持不变时,极化子基态能量随磁场强度的增大 而增大,随基底材料声子频率的增大而减小,不同基底上极化子的基态能量不同,但变化规律一致。当基底与 单层黑磷烯之间的垂直距离和磁场强度保持不变时,极化子基态能量随截断波矢的增大而增大。这些 结果表明,单层黑磷烯中极化子的基态能量与外磁场和基底材料有关。
光电子学 黑磷烯 线性组合算符 极化子 基态能量 基底 optoelectronics black phosphorene linear combination operator polaron ground state energy substrate
内蒙古民族大学物理与电子信息学院, 内蒙古 通辽 028000
黑磷烯与石墨烯相比具有直接带隙和较高的载流子迁移率,与硅烯相比具有较高的稳定性,这 些优越的物理性质使其在新型量子器件的设计中具有巨大的潜在应用价值。采用幺正变换和变分相结 合的方法,推导出极性基底上单层黑磷烯中极化子、空穴-声子相互作用体系的基态能量以及带隙的能量 公式,研究了温度对极化子、空穴与声子相互作用体系的能量和带隙的影响。对典型极性基底上黑磷烯的 数值计算结果表明:极化子(或空穴-声子体系)的能量及带隙均随温度升高或截断波矢的增大而增大,随 声子频率的增大而减小,这说明黑磷烯中极化子的能量及带隙与基底材料直接相关,且温度对其性质的影响不可忽略。
光电子学 黑磷烯 幺正变换 极化子 带隙 温度 optoelectronics black phosphorene unitary transformation polaron band gap temperature
