利用第一性原理结合HSE06杂化泛函理论研究了ZrSSe、HfSSe及相关异质结的电子和介电特性。单层ZrSSe和HfSSe的电子结构计算结果表明，其为间接带隙半导体，带隙分别为1.196 0 eV和1.040 2 eV。观察发现，能带结构出现了明显的带嵌套（Band nesting）现象，说明ZrSSe和HfSSe在光照条件下能够产生强烈的光与物质相互作用。并且，材料由S原子与Se原子p轨道电子跃迁产生的介电特性在红外和可见光范围表现出优异的吸收性能。此外，对结构的局部平面平均态密度进行分析表明，基于ZrSSe和HfSSe可以形成三种不同界面特征的异质结，且与带边界相关的电荷密度分布在两种材料上。对ZrSSe/HfSSe异质结的光吸收谱计算发现，其吸收峰主要出现在红外和可见光范围内，其峰值吸收系数最高可达1.26×10⁶ cm^-1。对异质结的能量损失谱计算可知，ZrSSe/HfSSe异质结在可见光范围内具有较高的吸收率。研究揭示了两面神结构材料及其异质结的光物理性质，推动了这些材料在新型光电器件中的应用。

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-C₃N₄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-C₃N₄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-C₃N₄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-C₃N₄和FeNiO_x协同修饰的BVO/g-C₃N₄/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。

光催化被广泛用于去除水中的难降解有机污染物, 但是由于光生电子和空穴的复合率高, 抑制了半导体光催化剂的催化活性。本研究通过简便的溶剂热法成功制备了一种BiOBr/ZnMoO₄复合材料。通过结构分析、原位XPS、功函数测试、自由基捕获及电子顺磁共振(ESR)实验等证实了BiOBr/ZnMoO₄复合材料形成了S型异质结。实验结果表明, 适当ZnMoO₄含量的BiOBr/ZnMoO₄异质结可以显著提高BiOBr的光催化性能。与纯BiOBr、ZnMoO₄相比, 质量分数15% BiOBr/ZnMoO₄在可见光下表现出最佳的光催化活性, 双酚A的光催化降解率达到85.3% (90 min), 环丙沙星的光降解速率常数分别是BiOBr的2.6倍和ZnMoO₄的484倍。这可归因于BiOBr和ZnMoO₄之间形成了紧密的界面结合和S型异质结, 使得光生载流子可以实现有效的空间分离和转移。这项工作为定向合成Bi基S型异质结复合光催化材料提供了一种简便有效的方法, 对进一步理解Bi基多元异质结光催化材料的构效关系提供了新的理论和实验基础。

由低维InAs材料和其他二维层状材料堆叠而成的垂直范德华异质结构在纳米电子、光电子和量子信息等新兴领域中应用广泛。探索跨结界面的电荷转移机制对于全面理解该类器件的非凡特性至关重要。第一性原理计算在揭示界面电荷转移特性与各种能量稳定型InAs基范德华异质结的电、光、磁等原理物理特性和器件性能变化之间的内在关系方面发挥着不可比拟的作用。文中梳理、总结和探讨了近年来InAs基范德华异质结间界面电荷转移特性的理论研究工作与潜在的功能应用，提出在理论方法和计算精度方面大力发展第一性原理计算的几个途径，为更好地开展InAs基范德华异质结的基础科学研究和应用器件设计提供可借鉴的量化研究基础。

我们报道了一种基于SnS₂ / InSe垂直异质结的宽带光电探测器，其光谱范围为365-965 nm。其中，InSe作为光吸收层，有效扩展了光谱范围，SnS₂作为传输层，与InSe形成异质结，促进了电子-空穴对的分离，增强了光响应。该光电探测器在 365 nm 下具有813 A/W 的响应度。并且，在965nm光照下它仍然具有371 A/W的高响应度，1.3×10⁵%的外量子效率，3.17×10¹² Jones的比探测率，以及27 ms的响应时间。该研究为高响应宽带光电探测器提供了一种新的方法。

采用修饰的高分子网络凝胶法成功制备了Mn₂O₃复合Mn掺杂ZnO纳米复合光催化剂（Mn：ZnO/Mn₂O₃），并基于模拟太阳光照射下罗丹明B（RhB）及亚甲基蓝（MB）染料的光降解研究了催化剂光催化降解有机染料的特性。X射线衍射，扫描电子显微镜及BET比表面积测试结果显示，微量（0.1 mol%）Mn掺杂再复合微量（0.2 mol%）Mn₂O₃后，Mn：ZnO/Mn₂O₃的颗粒尺寸减小且分散性提高，有效比表面积增大。紫外-可见光吸收光谱表明，相对于纯ZnO，Mn：ZnO/Mn₂O₃在可见光区域的光吸收能力明显提高。光致发光光谱表明微量Mn掺杂和微量Mn₂O₃复合促进了光生电子-空穴对的分离。结合X射线光电子能谱，发现可见光吸收能力和光生电子-空穴对分离率的提高源于催化剂表面氧空位的增加以及Mn：ZnO和Mn₂O₃之间形成的Ⅱ型异质结结构。因此，Mn：ZnO/Mn₂O₃对RhB的降解展现出稳定且优越的光催化活性。然而，由于Mn₂O₃的带隙（E_g≈1.4 eV）过窄，其价带位置高于羟基自由基（·OH）的氧化还原电位，因此光生空穴的氧化电势过低，无法生成氧化能力更强的·OH，这导致Mn₂O₃复合ZnO光催化剂（ZnO/Mn₂O₃）对RhB和MB的光降解效率降低。此外，Mn：ZnO/Mn₂O₃对RhB和MB展现出选择性光降解行为，即对容易降解的MB的光降解效率明显降低。这种选择性光催化特性归因于光催化反应过程中活性物种之间的差异性以及催化剂零电荷点和初始染料溶液的pH值之间的关系。

为实现有机光电探测器对三基色（红、绿、蓝）的全响应以及器件性能的改善，研究了在P3HT∶PCBM活性层中，掺入非富勒烯受体ITIC实现光谱拓宽以及通过改善迁移率的平衡性和活性层表面形态，进而改善探测器性能的方法，着重研究了ITIC受体含量对探测器光电学性能的影响。在此基础上，获得了一个覆盖400~800 nm波长范围的三基色探测器，并且在低偏压-1.5 V下三基色（波长为630、530和460 nm）的外量子效率EQE和比探测率D^*分别达到了56%、68%、52%和1.17×10¹² Jones、1.4×10¹² Jones、1.2×10¹² Jones。结果表明：在P3HT：PC₆₁BM中混入适量的ITIC，不仅可将光谱拓宽到400~800 nm，改善器件的光学特性，而且还可以提高激子解离率和载流子收集率，降低混合薄膜中的双分子复合，使器件电学特性得到了明显改善。本文研究为研发宽光谱高探测率三基色有机光电探测器提供了一种新思路。

过渡金属硫族化合物及其范德华异质结在光电探测方面具有重要的应用前景。近年来，基于光电导效应、光诱导栅控效应、光伏效应、光-热电效应等机理的器件被提出并广泛研究。其中，基于光诱导栅控效应的过渡金属硫族化合物平面型光电器件因其与晶体管相近的器件结构、工艺兼容性以及较高的光电探测响应率而备受关注，然而往往存在响应速度慢、不施加栅压时暗电流大等缺点，制约了器件性能的进一步提升。因此，针对过渡金属硫族化合物光诱导栅控型光电器件，如何提高其响应速度、降低暗电流成为亟需解决的重要问题。该研究通过实验构建石墨烯/MoS₂/h-BN/石墨烯垂直异质结构，在传统石墨烯/MoS₂异质结中插入宽禁带h-BN势垒层以抑制器件暗电流，同时利用光照条件下光生载流子的FN隧穿效应提升器件的光电响应速度。该研究成功实现了皮安量级的暗电流以及相对较快的光电探测响应速度（响应时间约为0.3 s），相比于传统石墨烯/MoS₂异质结器件（响应时间约为20 s）有近两个数量级的提升，同时验证了基于FN隧穿效应的范德华垂直异质结构对于增强光电探测性能的积极作用。

基于500 nm 磷化铟双异质结双极晶体管（InP DHBT）工艺，设计了一种工作在33~170 GHz频段的超宽带共源共栅功率放大器。输入端和输出端的平行短截线起到变换阻抗和拓展带宽的作用，输出端紧密相邻的耦合传输线补偿了一部分高频传输损耗。测试结果表明，该放大器的最大增益在115 GHz达到11.98 dB，相对带宽为134.98%，增益平坦度为±2 dB，工作频段内增益均好于10 dB，输出功率均好于1 dBm。

利用垂直WS₂/Ga₂O₃异质结构中异质界面诱导了反常的光致发光（PL）发射。垂直堆栈的WS₂/Ga₂O₃异质界面使其形成了II型能带结构，导致与Ga₂O₃层接触的底层WS₂的PL强度下降。而异质界面的强耦合作用也影响了双层WS₂中的同质层间相互作用，使得上层WS₂出现反常的PL增强。这种堆栈新型二维异质结构为定制目标能带结构并控制其光子和电子行为提供一种新的手段。