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具有增强光催化活性的MoS?/TiO?异质结构制备
摘要： 通过水热法制备了具有可调MoS2纳米片修饰量的二维纳米光催化剂MoS2/TiO2。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱、电化学工作站、染料降解及水分解实验对样品的微观结构和光催化行为进行了表征。结果表明，这些复合材料对罗丹明B降解和产氢表现出增强的光催化活性：当MoS2含量为10 wt%时，2小时内实现了近95%的罗丹明B光催化降解，产氢速率达到1.93 mmol g?1 h?1，且复合光电极的光电流密度是原始TiO2结构的5倍。研究认为，这种异质结构光催化性能的提升可归因于MoS2与TiO2之间的协同效应，该效应加速了电荷载流子的分离迁移效率并增强了光捕获效率。
关键词： 光催化活性、光生电子-空穴对、异质结构、光催化剂、MoS2/TiO2
更新于2025-11-14 15:13:28
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通过实验确定载流子倍增独特速率常数的模型
摘要： 载流子倍增（CM）是指半导体吸收单个光子时产生多个电子-空穴对的过程。初始热载流子的载流子倍增与声子发射冷却相互竞争，其相应速率决定了CM效率。迄今为止，CM速率仅通过理论计算得出。我们首次展示了如何从热载流子弛豫时间和CM产率的实验数据中提取独特的CM速率常数。我们以PbSe量子点为例说明了该方法。此外，当缺乏详细的弛豫时间实验数据时，我们还提供了一种简化方法：利用估算的能量损失率来推算CM起始点附近的CM速率常数。
关键词： 载流子倍增、量子产率、量子点、半导体、电子-空穴对
更新于2025-09-23 15:22:29
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基于全带蒙特卡罗模拟理解硅和锗中的平均电子-空穴对产生能
摘要： 采用全带蒙特卡罗模拟方法研究载流子输运过程，对低于10电子伏特电荷载流子的热化过程进行了分析。模拟获得的产生一个热化电子-空穴对所需的平均能量损失值（硅为3.69电子伏特，锗为2.62电子伏特）与高能粒子辐照下硅和锗的实验测量辐射电离能非常接近。这些结果表明：只有当辐射产生的电荷载流子衰减至约10电子伏特或更低能量后发生的相互作用，才决定了辐射电离能这一基本特性。除通过碰撞电离损失相当于带隙能量的能量外，先前研究中被忽略的声学声子发射贡献了剩余载流子能量损失的30%，而光学声子发射则贡献了其余的70%。
关键词： 单粒子效应、蒙特卡罗方法、电子-空穴对、碰撞电离
更新于2025-09-23 15:21:21
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通过光栅电极激发表面等离子体增强摩擦纳米发电机的输出性能
摘要： 摩擦纳米发电机（TENGs）的表面电荷密度和输出阻抗是加速其商业化的两个关键因素，因此探索降低输出阻抗和提高表面电荷密度的独特方法至关重要。本研究展示了一种通过利用光栅电极实现表面等离子体激元激发来有效提升TENG输出性能并降低其输出阻抗的方法。采用线密度为600线/毫米的铝光栅电极的TENG，通过光栅耦合表面等离子体共振产生了约40微安（短路电流）和350伏（10兆欧负载下的峰峰值电压）的可持续增强输出性能，在1兆欧负载电阻下实现了3.6毫瓦的峰值输出功率，使输出功率提升超过4.5倍，同时将输出阻抗降低75%。最后采用自供电超声测距系统验证了该TENG为便携式电子设备供电的能力。
关键词： 光学光栅、表面等离子体共振、热电子-空穴对、摩擦纳米发电机
更新于2025-09-19 17:13:59
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受控周期性光照与连续光照下的光子效率建模
摘要： 可控周期性光照已被用于提高光子效率。然而，其作用机制仍存在争议?；诘缱?空穴对激发原理，本研究建立了数学模型来描述可控周期性光照与连续光照条件下的光子效率。结果表明光子效率与平均光强或占空比成反比——低光强下获得高光子效率的原因是光催化剂更接近热平衡状态，意味着不可逆性较弱。该模型显示：高最大光强下的可控周期性光照，其效果与低光强下的连续光照几乎等同。实验数据与模型预测高度吻合，且该模型能以极小的相对误差准确预测光子效率对最大光强的依赖关系。
关键词： 受控周期照明，光子效率，电子-空穴对
更新于2025-09-19 17:13:59
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能量转换物理学 () || 10. 光伏能量转换
摘要： 在光伏设备中，太阳能沿一条与太阳能热电厂截然不同的路径转化为电能。首先，太阳光子的能量通过固态吸收体转化为化学能——这意味着吸收体通过产生电子/空穴（e?/h+）对（即发生以下反应：基态 + ?? → e? + h+），使其电荷载流子发生重排并进入电子激发态。其中??代表能使电子跃迁至激发态的高能光子。随后，通过吸收体的选择性电子/空穴接触电极对导带与价带中载流子集合体的化学能进行空间分离，从而将其转化为电能。通常这种选择性接触只能通过两种接触材料间的特性跃变来实现，例如pn结。由于光照条件下吸收体材料中电子与空穴具有不同的电化学势，这种分离会在针对不同载流子类型的选择性接触间产生电压降。正是接触电极的选择性为太阳能电池引入了内建不对称性，使其成为可用电压源（参见第5.2节）。这一基本工作原理适用于所有类型的光伏电池——从由晶体硅（c-Si）制成的传统电池，到采用铜铟镓硒（CIGS）等多元材料制备的薄膜电池，乃至有机或染料敏化太阳能电池，其原理示意图见图10.1。
关键词： 电力、固态吸收体、太阳能、光伏、PN结、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池、铜铟镓硒（CIGS）、薄膜太阳能电池、晶体硅、电子/空穴对
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于聚苯胺的杂化生物纳米复合材料，具有增强的可见光光催化活性和抗真菌活性
摘要： 通过苯胺的原位聚合与水热法制备的镍纳米颗粒，合成了镍掺杂聚苯胺/纤维素生物纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见(UV-vis)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)和透射电子显微镜(TEM)对材料进行表征。通过循环伏安法(CV)利用双电层电容(EDLC)数据测定材料的电化学比表面积(ECSA)。SEM图像显示合成的纳米复合材料中均匀分散着球形镍纳米颗粒，其嵌于聚苯胺-纤维素基质内。该材料在可见光下对活性橙(RO-16)染料表现出显著降解效果。相较于纯聚苯胺，镍纳米颗粒掺入聚合物基质后(PANI/C/Ni和PANI/Ni体系)对染料的吸附作用更强。RO-16的光降解通过光生电子-空穴对分离及光催化剂表面捕获光生电子形成活性物种实现。通过添加清除剂确定主要活性物种，并采用荧光光谱研究光降解过程中载流子(电子-空穴对)的复合行为。此外还检测了该生物纳米复合材料的抗真菌性能，发现其对立枯丝核菌和链格孢菌两种致病真菌菌株的生长抑制具有显著效果。
关键词： 可见光、电容、抗真菌、吸收、纳米粒子、电子-空穴对
更新于2025-09-09 09:28:46
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水热法制备BiVO4的微观结构与光催化性能
摘要： 在不同pH条件下（未使用表面活性剂）水热合成了单斜相BiVO4光催化剂。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱、电化学工作站及染料降解实验，对所得样品的微观结构与光催化性能进行了表征。结果表明pH值对BiVO4的微观结构和光催化性能具有显著影响：酸性环境中室温下会快速生成大量四方相BiVO4沉淀，而当pH≥7时仅形成非晶粉末；单斜相BiVO4在180°C合成初期逐渐形核生长，最终成为唯一晶相。研究深入探讨了微观结构与光催化活性的关联，发现中性条件（pH 7）制备的BiVO4对罗丹明B溶液表现出优异的光催化降解效率，这主要归因于其高暴露{010}晶面、紧密堆积结构、小粒径尺寸及特殊漂浮特性的综合作用，这些因素促进了光生电子-空穴对的有效分离并增强了可见光吸收能力。
关键词： BiVO4，微观结构，光生电子-空穴对，光催化剂，光催化活性
更新于2025-09-09 09:28:46
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级联电子能带结构的氧化锌/钒酸铋/三维有序大孔二氧化钛三元纳米复合材料用于增强可见光光催化
摘要： 成功设计并合成了具有级联电子能带结构的三元氧化锌/钒酸铋/三维有序大孔二氧化钛（ZnO/BiVO4/3DOM TiO2）异质结纳米复合材料，用于可见光光降解罗丹明B（RhB）和柠檬黄两种不同分子。通过电子捕获剂（硝酸银）和空穴捕获剂（三乙醇胺：TEOA）研究了光催化活性物种，并采用光电化学Mott-Schottky法和价带XPS（VB-XPS）光谱测定了三元纳米复合材料各组分的能带边缘位置。在该异质结中，电荷通过界面处的梯度电势实现有利的空间分离，从而大幅抑制光生电子-空穴复合。此外，3DOM反蛋白石结构有利于反应物和光的高扩散效率、高可及表面积以及光捕获的多重散射。因此，与纯BiVO4纳米结构、二元BiVO4/3DOM TiO2和ZnO/BiVO4纳米复合材料相比，这些异质结纳米复合材料表现出显著增强的光催化性能。基于大量光谱和光催化结果，提出了该三元ZnO/BiVO4/3DOM TiO2纳米复合材料的详细电荷转移机制。我们的工作清楚地表明，耦合具有不同导带和价带能级的多组分半导体，可以通过其多个界面的高效电荷分离显著增加光生载流子。这项工作为开发新型可见光响应纳米复合材料以实现高效太阳能利用提供了一些新思路。
关键词： 可见光、罗丹明B和酒石黄、三元ZnO/BiVO4/3DOM TiO2纳米复合材料、光生电子-空穴对、异质结结构
更新于2025-09-04 15:30:14