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探索独立式TiO?纳米管阵列在透明导电氧化物电极上的光电催化行为：辐照方向与排列方向的对比
摘要： 尽管通过电化学阳极氧化在钛基底上生长的一维二氧化钛纳米管阵列（TNA）在光电化学领域已被广泛研究，但脱离钛基底的TNA光（电）催化活性仍属未知。本研究采用两步电化学阳极氧化法合成了孔径（40-100纳米）和管长（4-15微米）各异的TNA样品，并将其以正向（n型，正面朝外）和反向（r型，背面朝外）排列方式转移至透明导电氧化物（氟掺杂氧化锡，FTO）基底?；赬射线衍射（锐钛矿结构）、X射线光电子能谱（Ti与O元素）及紫外-可见透射数据，所制备TNA薄膜的正反面具有相同特性，尽管管口朝前而管背封闭。无论光照方向如何（SE：FTO→TNA；EE：TNA→FTO），较长纳米管因更强的光吸收产生更高光电流（Iph）。但对于同向排列的TNA（n型或r型），SE照射产生显著更大的Iph（如nSE>nEE）；而在给定光照方向下，n型TNA始终比r型产生更大Iph（即n>r）。苯酚的光催化分解趋势相同（n>r），但基于光生电荷的法拉第效率显示EE照射（nEE 28%，rEE 20%）高于SE照射（rSE 11%，nSE 7%）。这些光电化学与光催化行为可通过载流子产生机制（FTO/TNA与TNA/溶液界面）、差异化的载流子传输路径（电子通过管状框架传输，空穴通过径向传输）以及管口开闭状态下的管/溶液界面电荷注入来解释。研究还通过时间分辨光致发光（TRPL）发射谱和入射光子-电流转换效率（IPCE）进一步探究了电荷转移动力学。
关键词： 光催化、阳极氧化、电荷转移、光电化学、形貌
更新于2025-09-04 15:30:14
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光催化还原二氧化碳共催化剂的发展
摘要： 人为化石燃料消耗的持续增长及其导致的二氧化碳大量排放，已引发严重的能源?；推虮浠＠锰裟芙趸脊獯呋乖剂?，被视为解决这两大问题的有效途径。其中，光电化学（PEC）二氧化碳还原技术能整合并优化光催化与电催化的优势，从而提升转化效率与选择性。除电荷产生与分离外，基于半导体的光电极表面高效还原二氧化碳仍是关键科学难题，而通过助催化剂进行表面修饰可显著改善这一过程。本文阐述了半导体基光电极上PEC二氧化碳还原助催化剂的最新研究进展，探讨了PEC二氧化碳还原的基本原理及助催化剂在光催化过程中的作用。鉴于助催化剂负载可能遮蔽入射光并阻碍界面电荷转移，本文还总结了光电极与助催化剂的结构优化策略。此外，文章也展望了PEC二氧化碳还原面临的挑战与发展方向。
关键词： 二氧化碳还原、光电化学电池、助催化剂、电荷转移
更新于2025-09-04 15:30:14
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掺钕BiFeO?/SrRuO?异质外延薄膜的能带隙调控及其可见光光电化学活性
摘要： 多铁性材料/金属和多铁性材料/电解质界面处的能带偏移对电荷转移的控制能力（进而改变光活性性能）已在太阳能转换应用中引发广泛关注。我们在此证明，在向下自极化BFO薄膜中，这两个界面的能带偏移对决定电荷传输方向起关键作用——电子倾向于向BFO/电解质界面移动以实现水还原。实验与第一性原理计算表明，BFO中钕(Nd)掺杂剂通过减少局域电子-空穴复合位点并调节带隙以增强可见光吸收，从而提升光电化学性能。这为通过调控带隙促进高效电荷转移的异质结构设计开辟了新途径。
关键词： 密度泛函理论（DFT）、异质结带阶、电荷转移、掺钕铁酸铋、光电化学（PEC）
更新于2025-09-04 15:30:14
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基于第一性原理分析的rGO-ZnO二维复合结氧化还原物种吸附概率预测
摘要： 本文旨在利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法，通过Virtual Nanolab(VNL)Atomistix Toolkit(ATK)(v2016.4)研究气体(氧化性和还原性)在p型还原氧化石墨烯(rGO)与n型二维氧化锌(2D-ZnO)形成的范德华(vdW)异质结上的吸附概率。研究考虑了两种异质结构：羟基(sp2)位于还原氧化石墨烯(rGO)边缘的异质结构类型1，以及羟基(sp3)垂直于rGO平面的异质结构类型2。针对氧化性物质(以NO2为测试案例)和还原性物质(以NH3为测试案例)，计算了吸附能、电荷转移及吸附质最近原子距离，并与氧气在rGO/2D-ZnO异质结构及其单独组分(rGO纳米片和2D-ZnO)上的情况进行了对比。与2D-ZnO类似，异质结构类型1对NO2也表现出选择性，其吸附能分别是2D-ZnO和rGO的近三倍和五倍。另一方面发现，异质结构类型2中底层2D-ZnO的电荷分布即使在气体吸附后也几乎未改变，因此相比其2D-ZnO对应物改进效果不显著。
关键词： 气体吸附概率、电荷转移、范德华异质结构、密度泛函理论、rGO-ZnO杂化体系
更新于2025-09-04 15:30:14
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光催化二氧化碳还原主要现存问题的机理视角
摘要： 经过40年的光催化二氧化碳还原研究，即便对于最常见的二氧化钛基光催化体系，其机理方面仍存在诸多未解之谜。这些不确定性包括：宽带隙半导体产生可见光活性的路径；半导体与等离子体金属纳米颗粒间的电荷转移；含碳产物来源的明确判定；二氧化碳分子活化的最初步骤；决定选择性的因素；光催化剂失活的原因；空穴捕获试剂对催化循环的闭合机制；以及详细反应路径及其判定的最适宜技术。本观点文章基于迄今最重要的研究成果，对这些争议性问题展开讨论。为此，我们尝试以整体视角看待复杂的二氧化碳还原过程，结合当今能源研究最热门课题的前沿方法、策略与技术进行探讨。
关键词： 先进表征技术、二氧化碳还原、光催化、人工光合作用、反应机理、电荷转移
更新于2025-09-04 15:30:14
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少有人走的中庸之道：受电子结构启发的混合光催化平台设计用于太阳能燃料生成
摘要： 高效太阳能转换技术的发展以补充其他可再生能源方法，是我们这个时代面临的重大挑战之一。将水分解（即H2O转化为高能燃料H2和O2）无疑是一种极具前景的策略。太阳能水分解涉及四个电子和四个质子的协同转移，这需要光能捕获、电荷分离、物质与电荷传输以及氧化还原催化过程的协同运作。单一材料不太可能同时介导光催化水分解所需的所有电荷/物质传输环节及能量转换过程。另一种仿效光合作用系统功能的替代方案是采用混合系统——通过不同组件分别执行太阳能水分解所需的各项功能。这类混合系统的设计要求多个组件以最佳热力学驱动力和界面电荷转移动力学精确协同运作。
关键词： 混合系统、水分解、光催化、电荷转移、太阳能转换
更新于2025-09-04 15:30:14
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金属-有机框架作为具有高可定制性的表面增强拉曼散射基底
摘要： 表面增强拉曼散射（SERS）是一种基于不可或缺的SERS基底来检测痕量分子的广泛应用分析技术。具有高度可定制性的SERS基底被认为对SERS检测具有吸引力和实用性，因为这些基底能满足不同物质选择性检测的需求。然而，无论是贵金属还是半导体基底，此类SERS基底的设计都颇具挑战性。本文中，我们突破传统SERS基底的局限，证明金属有机框架（MOF）材料可作为具有分子选择性的SERS基底——这种特性在未经特殊预处理的SERS检测中鲜少实现。MOF基SERS基底受益于其高度可定制性的显著结构特征，从而提升检测选择性。通过调控MOF基SERS基底的金属中心、有机配体和框架拓扑结构，我们证实可以定向操纵其电子能带结构以匹配目标分析物的能带，进而实现对不同可检测物种的区分。进一步地，通过孔隙结构优化和表面修饰，MOF基SERS基底的SERS增强因子（EFs）可大幅提升至高达10^6，检测限低至10^-8 M，其性能与无"热点"的贵金属及近期报道的半导体相当。这种选择性增强效应源于电荷转移共振、带间共振、分子共振以及基态电荷转移相互作用等多种共振效应的可控组合。本研究为开发高设计灵活性的SERS基底开辟了新途径，这对特定分析物的选择性SERS检测尤为重要。
关键词： 表面增强拉曼散射（SERS）、可定制性、电荷转移、分子选择性、带间与分子共振、增强因子（EFs）、金属有机框架（MOF）、基态电荷转移相互作用、SERS基底
更新于2025-09-04 15:30:14
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通过碳原子修饰调控六方氮化硼的电子结构：一种降低滑动摩擦的可行策略
摘要： 本质上，二维（2D）层状材料的层间相互作用占主导地位，因此通过改变电子构型来调控层间相互作用有望降低层间滑动摩擦。本文采用密度泛函理论（DFT）计算，报道了一种通过引入碳元素改变六方氮化硼电子结构从而有效降低双层六方氮化硼层间滑动摩擦的方法。研究结果表明：沿滑动路径的势能波动随载荷增加而增大，这是由载荷变化导致滑动路径上层间相互作用程度差异引起的；同时我们发现，在BN/BN双层中，碳原子占据B位或N位能不同程度地促进层间电荷转移（B位效果优于N位），进而降低层间滑动路径上的能垒。
关键词： 六方氮化硼、电荷转移、摩擦、电子构型、二维材料
更新于2025-09-04 15:30:14
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单层/双层MoS<sub>2</sub>横向界面间的电荷转移及其对激子和三子特性的影响
摘要： 研究发现，电荷转移现象是决定原子级薄层MoS2在不同堆叠构型下激子与三子特性的主要因素。我们报道了化学气相沉积生长的层状MoS2在存在倾斜或变形的三角形单层/双层（1L/2L）横向界面时的光致发光（PL）现象。通过对1L和2L MoS2区域的积分PL成像图分析发现：中性激子发射在靠近1L/2L边界的1L区域显著增强且强度呈现振荡行为，而负三子发射则保持不变。MoS2层数、衬底与1L/2L横向界面的几何边界结构之间的相互作用，通过功函数调制对电荷转移产生重要影响。由此产生的PL强度分布呈现出丰富特征，包括激子与三子的堆叠依赖性解离、沿1L/2L边界的尖锐光谱对比度，以及与横向界面功函数差相关的电荷转移现象。本研究表明，理解MoS2的PL特性有助于表征二维层状纳米结构的电子性质，并为新型器件应用提供了可能方向。
关键词： 密度泛函理论、功函数、电荷转移、二硫化钼、激子
更新于2025-09-04 15:30:14