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可控氮掺杂与比表面积的独立式TiO2@碳纳米纤维作为锂离子电池负极材料
摘要： 对碳与过渡金属复合材料的进一步改性已成为锂离子电池负极材料制备的研究热点，包括多种形貌调控、氮掺杂及多孔结构引入。然而复合材料比表面积与氮掺杂含量对其作为锂离子电池负极材料电化学性能的协同效应尚未阐明。本文通过静电纺丝法制备二氧化钛负载碳纳米纤维，随后在添加二异丙基偶氮二甲酸酯的前驱体溶液中经简单煅烧处理，同步实现可控氮掺杂与多孔结构的引入。随着氮含量从7.18%提升至10.21%，比表面积从67.23增至111.15 m2/g，二氧化钛@碳纳米纤维的比容量由192.2 mAh g?1提高至336 mAh g?1，赋予材料更优导电性与更多活性位点。与原始样品相比，总比容量的容量贡献率从60.8%降至44.7%，证实氮掺杂增强了扩散控制的法拉第锂离子嵌入过程。
关键词： 锂电池，多孔碳纳米纤维，氮掺杂，负极
更新于2025-09-23 15:19:57
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具有金属离子抗性的氮硫共掺杂石墨烯量子点用于生物成像
摘要： 由于GQDs中基于杂原子的官能团与生物体系中常见金属离子结合会导致荧光猝灭，开发用于生物成像的超稳定高荧光杂原子掺杂石墨烯量子点(GQDs)仍具挑战。本研究采用简易水热法制备了氮硫共掺杂GQDs(NS-GQDs)，其荧光信号在不同金属离子环境中均保持高度稳定。以天冬氨酸和半胱氨酸这两种天然产物作为碳前驱体和杂原子(氮、硫)源，制得的NS-GQDs在400 nm激发下呈现最大发射波长480 nm，量子产率高达19.3±1.7%。通过X射线光电子能谱(XPS)、能量色散光谱(EDS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对NS-GQDs的组成及表面基团进行了表征。该材料不仅具有显著的光稳定性，还表现出优异的热稳定性和化学稳定性。体外实验显示其细胞毒性极低。最终将NS-GQDs应用于细胞荧光成像，在铜离子处理条件下仍保持卓越的荧光稳定性。结果表明，这种新型NS-GQDs有望成为生物成像与生物传感领域极具应用前景的超稳定荧光试剂。
关键词： 生物成像、氮掺杂、硫掺杂、荧光、石墨烯量子点
更新于2025-09-23 15:19:57
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二氧化钛的氮掺杂及光阳极退火处理以提升太阳能电池性能
摘要： 在TiO2中进行适度氮（N）掺杂，并对CdS量子点（QD）敏化光阳极进行优化空气退火处理后，相应量子点太阳能电池（QDSC）实现了高效电子转移和低复合速率。氮掺杂钝化了TiO2表面缺陷，降低了复合中心密度，促进了电子向集流体的注入。该处理还改变了TiO2的电子能带结构，使其带隙从3.17 eV降至2.91 eV。因此在N-TiO2/CdS光阳极的QDSC中，N-TiO2与CdS在光照下均发生电荷分离，相比未掺杂TiO2/CdS基QDSC产生了更高光电流。氮掺杂还增强了TiO2的氧化还原活性，使其截面更利于离子和电子传输，这对太阳能电池性能具有优势。 N-TiO2/CdS或TiO2/CdS光阳极的最佳退火温度为150°C，该条件有效抑制了反向电子运动，使N-TiO2/CdS@150°C/多硫化物凝胶/C-纤维太阳能电池的功率转换效率（PCE）较未退火对照组显著提升55%。降低的平均激发电子寿命、提高的入射光子-电流转换效率、复合电阻及光电压衰减响应时间，证实退火光阳极相比未退火光阳极具有更强的电荷分离能力。这项首次研究通过氮掺杂与退火处理这两项简单方法实现了光伏参数的显著提升，为量子点太阳能电池的商业化开辟了现实可能。
关键词： 退火处理，复合，电荷转移，氮掺杂，太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于氮掺杂多孔碳纳米带的高性能量子点敏化太阳能电池对电极
摘要： 通过聚吡咯（PPy）纳米管碳化后经化学活化过程，可简便制备氮掺杂多孔碳纳米带（NPCNs）。随后将NPCNs沉积于钛网制备量子点敏化太阳能电池（QDSCs）的对电极。通过电化学测试评估所得NPCN电极的电催化性能，数据显示该电极对多硫化物（S2?/Sn2?）电解液再生反应具有优异的电催化能力，并在多硫化物电解液中表现出高稳定性。NPCN电极的卓越性能可归因于其大比表面积、二维多孔纳米带形貌及丰富的氮原子掺杂，这些特性提供了电催化活性位点并促进电解液扩散。因此，采用NPCN电极作为对电极的QDSC实现了3.27%的功率转换效率，该数值接近使用常规PbS对电极组装的QDSC（4.0%）。
关键词： 氮掺杂、多孔碳纳米带、量子点、对电极、太阳能电池
更新于2025-09-19 17:13:59
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黑磷向磷烯量子点的电化学转化：氮掺杂的影响
摘要： 我们对比分析了电合成量子点（PQDs）这一新型尺寸可调发光材料及其氮掺杂对应物（NPQDs）的结构与光学特性。通过采用含氮电解质和/或支持电解质溶液，可在室温下原位实现磷烯晶格的氮掺杂。研究发现氮掺杂后PQDs的量子效率及氧化还原性能均得到提升，对氮元素影响PQDs结构、光学及电化学特性的关键分析表明：该材料在电催化剂、分子电子学、各类传感器及生物成像等领域具有多重潜在应用价值。
关键词： 氮掺杂、磷烯量子点、黑磷、电合成
更新于2025-09-16 10:30:52
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水热合成氮掺杂碳量子点的光致发光与光电探测性能
摘要： 碳量子点（CQDs）因其独特的光电特性，作为新一代光致发光（PL）和光电探测材料的代表受到越来越多的关注。然而，CQDs的形成机制及其发光来源仍是待解问题。本研究报道了以柠檬酸（CA）和乙二胺（EDA）为前驱体，通过调控水热合成参数制备高光致发光量子产率（PLQY）达97.4%的氮掺杂碳量子点（N-CQDs）的最新进展。结构与性能分析表明，N-CQDs通过脱水、缩合及碳化过程形成，其发光源于碳核与表面/分子态的协同效应。基于此，我们制备了N-CQDs/石墨烯复合全碳基紫外（UV）光电探测器，展现出显著的负光电导现象。在紫外区观测到最大负响应度达2.5×10? AW?1，这归因于两种竞争机制：氧吸附-光脱附诱导的负光响应与N-CQDs表面缺陷相关的正光电导。本研究揭示了CQDs基光电探测器正负光电导现象的驱动机制，不仅深化了对CQDs荧光与光响应机理的理解，更拓展了其在光电探测与纳米光电子传感器领域的应用潜力。
关键词： 光检测、氮掺杂、水热合成、光致发光、碳量子点
更新于2025-09-16 10:30:52
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退火ZnO微米棒中缺陷相关可见发光增强的起源
摘要： 我们报道了对氧化锌微米棒发光特性的深度分析。研究发现缺陷发射与带间发射存在显著关联。这些氧化锌微米棒采用低温化学浴沉积法（CBD）生长，呈现出具有不同分支数量的完美六方晶面结构。拉曼研究表明，这些微米棒含有源自化学浴沉积前驱体溶液的羟基锌（OH）和氨基（NH）缺陷。通过热退火处理可消除这些缺陷，扫描电子显微镜和X射线衍射证实这导致微米棒内部发生再结晶并在表面形成结构缺陷。更重要的是，热退火过程中NH缺陷的分解使氧化锌微米棒产生了氮掺杂效应。这些结构变化与氮掺杂共同导致光致发光（PL）光谱发生显著改变：自由激子紫外发射（Y带）和可见光（白光）发射强度均明显增强。对紫外与可见光发射的深度低温PL研究表明，结构缺陷束缚激子紫外发射（Y带）与深能级施主（可见光）发射之间存在强相互作用，这揭示了复杂的发光机制——高温退火后Y带态与缺陷态之间高效的非辐射能量转移，最终增强了氧化锌微米棒的可见光发射。
关键词： 氮掺杂、化学浴沉积、光致发光、氧化锌微棒、热退火、缺陷发射
更新于2025-09-16 10:30:52
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石墨烯量子点的定制化用于有毒重金属检测
摘要： 通过氮掺杂填补空位缺陷，可提升石墨烯量子点对有毒重金属（THMs；Cd、Hg、Pb）的敏感性。我们采用密度泛函理论研究了THMs在石墨烯量子点（GQDs）及氮配位缺陷GQDs（GQD@1N、GQD@2N、GQD@3N和GQD@4N）表面的吸附行为。热化学计算表明，Pb原子在表面的吸附比Cd和Hg更有利。氮对GQD表面空位缺陷的修饰显著增强了THMs在GQD表面的电荷转移和吸附能（GQD@4N > GQD@3N > GQD@1N > GQD@2N > GQD）。各表面上铅的电荷转移和吸附能均大于镉和汞（Pb > Cd > Hg）。分子中的原子量子理论和非共价相互作用图谱进一步验证了该结果，同时证实Pb原子在氮配位空位缺陷处具有部分共价键和静电作用的特性。作为键强度判据的THM...N相互作用的电子密度值高于THM…C相互作用，印证了THMs在表面吸附能的变化趋势。表面HOMO-LUMO能隙降低程度遵循Pb > Cd > Hg顺序，并导致电导率提升，这与计算的吸附能趋势一致。THMs吸附引起的表面能隙和电导率显著变化，使其成为极具潜力的金属检测传感器。时变密度泛函理论计算显示，THMs吸附后表面紫外-可见吸收光谱出现峰位移、峰猝灭及新峰等现象，其中峰位移与THMs在表面的吸附能大小相对应。这些结果将推动实验工作者通过理性系统调控表面结构来开发重金属检测传感器。
关键词： 吸附能、有毒重金属、电荷转移、紫外-可见吸收光谱、氮掺杂、密度泛函理论、HOMO-LUMO能隙、石墨烯量子点
更新于2025-09-16 10:30:52
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石墨烯量子点：高效机械合成、白光发射与宽谱线性激发依赖性光致发光及其对膀胱癌细胞的生长抑制作用
摘要： 杂原子掺杂的石墨烯量子点（GQDs）因其潜在的发光材料与生物应用价值备受关注。本研究开发了一种无溶剂克级机械化学法制备氮掺杂石墨烯量子点（N-GQDs），其水溶性高达31 mg/mL，创目前报道之最。通过商业石墨与固体三聚氰胺研磨剪切、再与固体KOH共磨，制得粒径小于5纳米、层数1-3层的N-GQDs。值得注意的是，这些机械化学法制备的N-GQDs呈现白光发射特性，在463-672纳米范围内展现出宽激发依赖的全色光致发光。当激发光波长为325-485纳米时，材料发出明亮白光。其发射波长与激发波长的变化呈现两段线性关系，拐点位于580纳米（激发波长550纳米）。发射与激发波长的差值从138纳米降至12纳米，该变化同样与激发波长呈两段线性关系。特别值得注意的是，其光致发光量子产率高达26.6%。此外，我们研究了所得N-GQDs对膀胱癌细胞（UMUC-3）的抑制作用，结果表明随着N-GQDs浓度增加，癌细胞增殖受到显著抑制。
关键词： 膀胱癌细胞、氮掺杂、机械化学法、光致发光、石墨烯量子点
更新于2025-09-16 10:30:52
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氮掺杂石墨烯量子点电极在超低浓度下对电解质溶液中汞离子的电化学传感
摘要： 研究了以氮掺杂石墨烯量子点（N掺杂GQDs）修饰的氧化铟锡（ITO）导电玻璃电极为基础的水溶液中汞离子电化学检测方法。通过柠檬酸与尿素在250°C下红外辅助热解合成了平均粒径4.5 nm的N掺杂GQDs，该样品具有高氧化和酰胺化水平，其O/C和N/C原子比分别为37.6%和30.7%。采用循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）表征了对Hg2+离子的电化学传感性能。CV和EIS分析表明，随着Hg2+浓度增加，还原/氧化峰电流及等效串联电阻均呈下降趋势。N掺杂GQD/ITO电极对Hg2+离子的检测限达10 ppb（富集时间32秒），且对目标污染物（即Hg2+离子）表现出优异选择性。这种功能化GQDs为开发具有超高灵敏度和选择性的有毒Hg2+离子电化学传感器奠定了基础。
关键词： 氮掺杂、电解液、红外辅助合成、石墨烯量子点、汞离子
更新于2025-09-16 10:30:52