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中国科学：材料科学（英文）
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中国科学：材料科学（英文）/EISCI
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    通过与钌合金化来调控铂的电子结构促进以水为质子源的光催化选择性加氢

    施曼曼罗点吴鹏沈娅蓉...
    824-832页
    查看更多>>摘要：调控金属活性位点的电子结构来发展高活性的选择性加氢反应催化剂对于可持续有机合成非常重要.但时至今日,这仍然是非常具有挑战性的课题.在本文中,我们将具有电子结构调节特性的超细PtRu合金纳米颗粒负载在CdS纳米棒上,成功构建了PtRu/CdS复合催化剂并研究了其光催化芳香族硝基化合物氢化还原性能.我们发现当以水为质子源时,所得复合催化剂表现出高效的光催化加氢活性.超快光谱研究和密度泛函理论计算揭示了合金的形成促进了光生载流子的分离并降低了氢化还原反应中决速步的能垒,从而显著提高了加氢活性.本研究通过合金化效应调节助催化剂的电子结构,为高活性助催化剂/光催化剂体系的理性设计开辟了一条新途径.

    electronic modulationalloyingcarrier dynamicsphotocatalysisnitroaromatic hydrogenation

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    光响应有机模块自组装导致的氧自由基转化及其光催化应用

    姚娴雅于胜胜张荣震王发栋...
    833-841页
    查看更多>>摘要：在光催化反应中实现对活性氧物种的单线态氧和超氧阴离子自由基的有效控制仍然是一个巨大挑战.本工作报道了一个从光敏模块构筑主客体超分子有机框架(SOF)策略,有效地实现了单线态氧到超氧阴离子自由基的转化.该TPA-BP-SOF结构中的光敏模块由四个4,4'-联吡啶盐(BP)单元修饰的苯基桥接双(三苯胺)衍生物(TPA-BP)构成.来自于不同的TPA-BP中的两个BP单元通过与葫芦[8]脲(CB[8])发生首尾相连的强络合作用,形成了具有周期性孔结构和均匀溶解度的二维超分子有机框架纳米片结构.与单体TPA-BP中检测到的生成单线态氧的能量转移机制不同,通过主客体相互作用形成的TPA-BP-SOF能够有效促进电子转移高效产生超氧阴离子自由基.同时,该TPA-BP-SOF生成的超氧阴离子自由基能有效地用于水相芳基硼酸的氧化羟基化和N-苯基四氢异唑啉的氧化,收率分别高达88％和83％.本研究提出了一种利用SOF实现Ⅱ型光敏剂向Ⅰ型光敏剂有效转化的新方法,成功展示了其在光催化有机转化中的实际应用.

    photocatalysisreactive oxygen speciessinglet oxy-gensupramolecular organic frameworkssuperoxide radical

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    界面工程与等离激元效应协同作用增强的ZnO微米线同质结自驱动紫外探测器

    唐楷沙树林万鹏翟亚林...
    842-851页
    查看更多>>摘要：高灵敏度的自驱动紫外探测器在许多应用中都大有可为.本研究提出了一种一维ZnO基同结光电探测器,它包括表面覆盖着Ag纳米线的锑掺杂ZnO微米线(AgNWs@ZnO:Sb MW)、MgO缓冲纳米层和ZnO薄膜.该探测器在0V偏压下对紫外光非常敏感,其性能参数包括约7个量级的开关比、292.2 mA W-1的响应度、6.9 × 1013 Jones的比探测率,以及微秒量级的快速响应速度(上升时间16.4μs,下降时间465.1 μs).特别是10μWcm-2的微弱紫外光时接近99.3％的外量子效率.此外,本文系统研究了MgO纳米薄膜和表面修饰AgNWs对探测器件性能增强的机理.作为自驱动光接收器,该光电二极管被进一步集成到能够实时传输信息的紫外通信系统中.此外,基于AgNWs@p-ZnO:Sb MW/i-MgO/n-ZnO的同质结9 x 9阵列显示出均匀的光响应分布,可用作具有良好空间分辨率的成像传感器.这项研究有望为设计高性能紫外光检测器提供一条具有低功耗和可大规模建造的途径.

    interface engineeringp-type ZnO∶Sb microwireself-powered photodetectorimaging sensorUV optical commu-nicationplasmonic effect

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    一种实现任意窄带光谱检测的有机光电探测器通用策略

    朱玉秦灏郭婷婷杨艳青...
    852-862页
    查看更多>>摘要：窄带光电探测器因其优异的综合性能,在光谱仪、激光雷达、光通信和监控等关键应用领域广受欢迎.尽管窄带硅基探测器在当前市场上占据主导地位,但其本征刚性、光学带隙固定和尺寸大的特性极大地限制了其在新兴领域的应用,尤其是在柔性和可穿戴光电子领域.在本工作中,我们报道了一种构筑窄带有机光电探测器(OPD)的简单通用策略.该策略通过溶液法将活性层中的给体和受体材料制备成光学调制层(OAL),并集成在OPD上,可实现对任意光谱的检测.利用该策略,我们成功地构筑了以750 nm为中心的窄带OPD,其半峰宽(FWHM)为40nm,光谱响应率为3667,-3 dB截止频率为927 kHz,打破了自驱动窄带OPD的性能记录.值得注意的是,这种新颖的OAL策略在OPD中具有良好的通用性,可以实现对600至1000 nm范围内的任意窄光谱检测,具有FWHM可调(最小步长为2nm)、响应度和探测率高、响应速度快的优势.受益于有机半导体固有的柔性特性,我们构筑了一种柔性且可弯曲的窄带近红外OPD线性阵列,并应用于全向激光雷达上,在无需机械旋转的情况下实现了 360°水平扫描.

    organic photodetectornarrowband organic photo-detectorLiDARflexible photodetectorvisible-near-infrared narrowband organic photodetector

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    Ta2NiSe5/GaN范德华异质结用于具有超高响应性和耐恶劣环境的紫外光电探测器

    雷剑鹏郑涛吴望龙郑照强...
    863-870页
    查看更多>>摘要：氮化镓由于其直接带隙、固有的紫外吸收和高击穿电压引起了人们对其在紫外光电探测领域的极大研究兴趣.在本工作中,我们成功地将新型三元硫族化合物Ta2NiSe5与非故意掺杂的GaN堆叠,形成了具有典型Ⅰ型能带排列的混合维度的Ta2NiSe5/GaN(2D/3D)范德瓦尔斯异质结构.该异质结构表现出优异的紫外探测性能(光开关比为107,响应度为1.22 × 104 A W-1).此外,在365 nm的光照和4 V的偏压下,探测度提高至1.3 × 1016 Jones,并表现出1.22/31.6 ms的快速响应速率.值得注意的是,该器件还具有优异的稳定性、可重复性和抗恶劣环境条件(包括高温和酸性条件)的耐受性.得益于光电探测器的高响应度、探测度和光开关比,我们成功地将该异质结构器件集成到紫外光通信中,证明了 Ta2NiSe5/GaN光电探测器在信息传输中有着优异的应用前景.

    GaNTa2NiSe5heterojunctionUV photodetectorsuper-high responsivityharsh environment-resistant

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    基于拉压转换和变刚度斜坡结构的宽量程压缩传感结构

    李朋阳熊金华闫倩丁仁杰...
    871-878页
    查看更多>>摘要：压力传感器仍然面临着将高灵敏度与宽检测范围相结合的挑战.基于此,我们设计了一种拉-压转换(TC)结构,并将其与变刚度策略相结合来制造压力传感器件.该结构能够将二维可拉伸材料的传感性能转换为三维可压缩设备的传感性能.传感和机械性能可以使用模拟和理论计算进行设计.斜面结构能够在24.3 N范围内提供线性传感.变刚度设计策略使传感器能够以高灵敏度(3.5 N-1)感知较小载荷,并具有宽的检测范围(0.002-24.300 N,扩展范围82.6 N).此外,该传感结构可以在水下环境中稳定工作.这种使用二维可拉伸应变传感器作为传感单元来开发压缩传感装置的设计策略将为未来提供新的思路.

    nanocompositesstrain-sensing filmpressure sensor3D printingvariable stiffness structures

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    基于准二维钙钛矿的高稳定电阻随机存储器

    陈享潘孝鑫蒋博闻危家昀...
    879-886页
    查看更多>>摘要：电阻式随机存储器(RRAM)一直被视为新兴存储器技术中具有挑战性的替代品.近年来,人们发现基于有机-无机杂化卤化物钙钛矿的RRAM具有优异的存储特性.本研究利用简单的一步旋涂策略,在空气中不使用反溶剂,制备出了具有准二维钙钛矿活性层的Al/(PEA)2-MAPb2I3Br4/SnO2/氧化铟锡(ITO)非易失性RRAM,该器件表现出了出色且高度稳定的双极性电阻切换特性.此外,该器件表现出约为104的开/关比,低SET电压(约0.8 V),并且具有相对稳定的耐久性(大于1000次循环).高阻态和低阻态的传导机制分别是空间电荷限流传导和欧姆传导.此外,由于苯乙胺分子的疏水性,该器件在40％湿度下放置90天依然表现出显著的阻变特性.因此,这种高性能、稳定的RRAM为未来存储器的商业化提供了可能性.

    resistive random access memoryorganic-inorganic hybridquasi-two-dimensionalhigh stability

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    基于金属织物和自然摩擦带电的电子皮肤对人体运动的智能识别

    徐锦杰陈婉翟刘樑杰江姗姗...
    887-897页
    查看更多>>摘要：目前已开发出各种基于电子或光学信号的技术来感知身体运动,这在医疗保健、康复和人机交互等领域至关重要.然而,这些信号都是从身体外部获取的.本研究中,我们制备了一种电子皮肤(e-skin)人体运动传感器,它利用有机聚合物和金属织物的组合,通过人体的自然电荷感应(EI)来检测运动.该电子皮肤可获得高达450 V的人体电势信号.此外,该信号可通过最先进的深度学习技术自动提取和训练.该传感器能准确识别睡眠活动,准确率约为96.55％.这种可穿戴运动传感器可以与物联网技术无缝集成,实现多功能应用,展示了其在人类活动识别和人工智能方面的潜在用途.

    human activity recognitione-skinsleep motion re-cognitioncontact-separation electrification1D-CNN

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    全氧化镓薄膜同质p-n结

    翟泓超刘晨星吴征远马聪聪...
    898-905页
    查看更多>>摘要：制备p-n结以及探索其物理机制在发展各种功能器件和推进其实际应用中起到关键作用.超宽禁带半导体在制备高压高频器件上有着巨大的潜力,但是氧化镓P型掺杂困难限制了氧化镓同质p-n结的制备,进而阻碍了全氧化镓基双极型器件的发展.本文通过一种先进的相转变生长技术结合溅射镀膜的方法,成功制备了n型锡掺杂β相氧化镓/P型氮掺杂β相氧化镓薄膜.本工作成功制作了全氧化镓单边突变同质p-n结二极管,并且详细分析了器件机理.该二极管实现了4 × 104的整流比、在40V下9.18 mΩ cm2的低导通电阻、4.41 V的内建电势和1.78的理想因子,并在交流电压下表现出没有过冲的整流特性以及长期稳定性.本工作为氧化镓同质p-n结初窥门径,为氧化镓同质双极型器件奠定了基础,为高压高功率器件的应用开创了道路.

    gallium oxidep-n junctionforward characteristicsrectification ratiospecific on-resistance

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    探索Bi2SeO5的高介电性能:从块体到双层和单层

    董欣月何育彧管乐祝元昊...
    906-913页
    查看更多>>摘要：Bi2SeO5是一种具有优异电绝缘性能的范德华(vdW)层状介电材料,引起了极大关注.然而,目前关于Bi2SeO5的研究主要停留在实验层面,仍然缺乏对其原子级薄膜的介电性能的相关理论认识.本文通过第一性原理计算确定了Bi2SeO5的介电性能,发现其块体、双层和单层均具有超高平均介电常数(εr＞20).研究表明,单层Bi2SeO5与双层Bi2O2Se之间的导带和价带能量偏移量均大于1 eV,表明单层Bi2SeO5依然可作为原子薄Bi2O2Se的良好介电层.此外,不同于h-BN或其他2D vdW绝缘体,Bi2SeO5的εr由其离子部分主导,且随着厚度的减小几乎保持不变.计算发现,单层Bi2SeO5的等效氧化层厚度可薄至0.3 nm,且单层Bi2SeO5在拉伸或压缩应变达到6％时均能保持高介电常数,这极大地促进了它与各种二维半导体的集成.本工作证明单层Bi2SeO5可以作为高性能二维电子器件良好的封装和介电层.

    Bi2SeO5high-κequivalent oxide thicknessdielectric constantvan der Waalsfirst-principles calculations

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