摘要：将不同金属元素通过合金化形成二维材料(金属烯)对基础研究和纳米电子器件的实际应用具有重要意义,但目前鲜有金属烯材料是具有本征带隙的半导体.受离子晶体成键特征的启发,通过结构搜索、成键分析和高通量第一性原理计算,本文从2500多个双金属烯中筛选出一系列具有晶格动力学稳定和碱金属-金离子键的二维碱金属金化物双金属烯半导体.由于碱金属和金之间的大电负性差,其中32个碱金属金化物双金属烯是带隙范围为0.97~5.20 eV的半导体材料,而锂金双金属烯由于电负性差减小呈现出金属性.Bohn-Oppenheimer分子动力学模拟表明19个双金属烯在室温下结构稳定有利于实际应用.这项研究为设计双金属烯半导体提供了指导,并揭示了二维金属合金中成键行为和电子结构性质间的关联.

摘要：超长磷光材料在生物成像、发光器件、X射线检测和防伪等领域具有广泛的应用.光致发光过程中,分子体系通常以单重态荧光为主,难以实现直接超长室温磷光(RTP).本文基于重原子效应和多重三重态能级,设计了Zn-IMDC和Cd-IMDC两种二维氢键网络构筑的金属有机晶体微片.在紫外激发下,二维微米片材料表现出少有的直接超长室温RTP.材料所具备的激发依赖性和热激发的超长磷光,赋予金属有机体系信息安全应用和温度门控余辉发射的性能.二维微米片在不同的激发和温度条件下呈现颜色可调和各向异性的光波导,为其在微纳尺度获得基于RTP的智能光子系统提供了一种有效的方法.

摘要：水系锌离子电池由于具有安全性高、成本低的特点,在柔性储能领域得到广泛关注.然而,传统柔性水系锌离子电池处于零下温度时,由于其电解质的凝固,电池容量会发生严重衰减.此外,当电池承受大幅度的形变后,其外包装易发生破损,造成电解质中水分的挥发,最终导致器件失效.在本文中,我们开发了一种基于聚丙烯酰胺(PAM)和甘油(Gly)的耐低温、保湿凝胶电解质.PAM和Gly与水分子之间的强氢键作用不仅抑制了凝胶电解质在低温时的凝固,而且限制了电解质中自由水的挥发.基于该电解质的柔性水系锌离子电池在-40℃时仍具有优良的电化学性能,并且无封装的电池在30天后仍保持了初始容量的98%.该工作提供了一种设计水系储能器件用耐低温、保湿凝胶电解质的新思路.

摘要：双面钙钛矿太阳能电池能够充分利用环境的反射和散射光,从而提高光伏电站的能量产量,并为建筑-光伏一体化提供更出色的美学设计,然而,双面电池的潜力不仅限于这些传统应用,它还可以作为子组件用于构建叠层电池,或与光子工程材料相结合,实现单结电池的全光谱能量利用.本综述从双面钙钛矿太阳能电池的结构入手,主要介绍了其在反射利用、半透明电池和叠层电池等方面的潜在应用,同时指出了目前面临的一些挑战,如稳定性、大面积制备、背电极载流子复合和铅毒性等问题.此外,通过详细介绍双面钙钛矿太阳能电池的设计策略和应用场景,本综述展示了光伏器件采用双面结构后所带来的巨大优势,引领了通过双面结构来提升单结性能的研究方向,为钙钛矿光伏产业化开辟了新的发展路径.

摘要：高性能赝电容的发展需要从电子转移、电解质离子吸附和扩散方面全面理解电极材料.本论文结合第一性原理与转移矩阵法,以TiO_(2)为原型,通过引入各种缺陷,即氧缺陷(V_(O))和共掺杂缺陷(V_(O)+N_(O)),在综合考虑以上因素后获得了较高的赝电容.与本征TiO_(2)(300 F g^(-1))相比,有缺陷的TiO_(2)产生的赝电容高达1700 F g^(-1).此外,缺陷会使得表面能带弯曲减小电子传输势垒,H离子在TiO_(2)-V_(O)中显示出比在TiO_(2)-V_(O)+N_(O)中高得多的势垒,表明在共掺杂体系中H扩散更容易.这项工作为电解质离子的吸附和扩散以及缺陷对电子传输的影响提供了见解,对于下一代超级电容器电极材料的设计和优化具有重要意义.

摘要：半导体光催化剂目前受到了广泛的关注与研究,但其光生电子和空穴的复合导致能量损失,制约着这类催化剂的应用.本工作利用具有超长寿命的三重态激子来促进电子和空穴对的有效分离,以产生更多的自由载流子.与传统的荧光碳点(CD)相比,高度分散在石墨相氮化碳上的室温磷光(RTP)碳点显示出显著提升的光催化能力和电化学活性.实验和理论计算都表明,RTP CD@g-C_(3)N_(4)可以作为“能量缓释胶囊”,不断提供长寿命的三重态激子,从而有效地调控电子和空穴对的解离,并增强催化剂固有的光催化性能(包括水分解和染料降解反应).本工作提供了一种将超长寿命三重态激子用作光催化剂的设计思路.

摘要：富锂层状氧化物是构筑高能量密度锂离子电池富有潜力的正极材料.然而,由于不可逆的结构变化和缓慢的界面动力学,传统的多晶富锂层状氧化物正极材料循环和倍率性能较差.本文提出了一种聚乙烯基吡咯烷酮(PVP-K30)辅助共沉淀制备单晶Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)纳米片的方法.这种方法操作简单、成本低且便于放大生产.所制备的单晶纳米片内部晶格连续且无晶界,缩短了Li+的嵌入/脱嵌路径,加快了电极反应动力学过程.单晶结构还能抑制层状相向尖晶石相的不可逆相变和颗粒内部裂纹的形成,起到稳定层状结构的作用.电化学测试结果表明,所制备的Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)单晶纳米片在0.1 C倍率下的可逆容量为254.5 mA h g^(-1),在5 C高倍率下循环1000次后容量保持率为71.9%.这种简单的制备纳米片单晶材料的方法为提高富锂层状氧化物正极材料的循环性能和倍率性能提供了新的思路.

摘要：光阳极内部严重的体相复合和缓慢的析氧反应(OER)动力学严重限制了光电化学(PEC)水分解器件的应用.为解决这2个问题,本文对原子层沉积修饰的SnS纳米片阵列进行空气退火处理,实现了晶面取向的调控并获得了具有高质量光阳极/助催化剂界面的复合光阳极器件.基于实验观测和理论计算分析,SnS中(001)晶面的降低减少了光生载流子的体相复合,提高了载流子的体相分离能力.此外,形成的ZnTiOS薄膜作为高效的助催化剂降低了表面OER反应势垒,减少了界面复合,延长了载流子寿命.这些协同效应显著增强了SnS的PEC性能,在1.23 V ***下得到1.97 mA cm^(-2)的光电流密度,起始电位达到0.21 V ***.该工作不仅提供了一种简便有效的策略,可以同时减少光阳极中的体相和表面复合,也为通过后处理或非原位策略制备高效助催化剂提供了新思路.

摘要：光催化氧还原制备过氧化氢具有节能、环保等优点.然而,低活性以及低选择性的问题限制了其实际应用.基于金属离子耦合电子转移机制,本文通过浸渍-煅烧法合成了原子分散的钪路易斯酸位点修饰的氮化碳,光合成过氧化氢速率高达55μmol h^(-1),是氮化碳的6.2倍.光催化性能的提升归因于原子分散钪路易斯酸位点与·O_(2)^(-)结合,提高了O_(2)的得电子能力,减少了·O_(2)^(-)逆反应的发生,促进了氧还原反应进行.密度泛函理论模拟及Koutecky-Levich分析表明,钪原子的引入减少了O–O键的断裂,提高了合成过氧化氢的选择性.本研究提出了一种路易斯酸单金属位点光催化剂设计新概念,可同时提升催化反应活性及选择性.

摘要：锂金属电池被认为是最有前景的下一代储能设备之一,但是锂金属电池的安全性问题以及锂枝晶生长问题严重阻碍了它的实用化进程.固态电解质可以有效解决这一安全性问题,表现出能够抑制锂枝晶生长的巨大潜力,并因此受到大家的关注.其中聚环氧乙烷(PEO)基固态电解质由于具有较高的安全性以及出色的柔韧性,被认为是一类非常有应用前景的固态电解质.但是,其固有的半结晶特性以及较差的力学性能导致它们在室温下的离子电导率较低,并且在高温下不能有效地抑制锂枝晶生长.为改善上述问题,本文设计并合成了一种新型的珊瑚状Li_(6.25)Al_(0.25)La_(3)Zr_(2)O_(12)(C-LALZO)活性陶瓷填料来增强PEO聚合物电解质,制备得到的复合固态电解质(PLC)表现出更高的离子电导率和机械强度,保证了锂金属的均匀沉积/剥离.采用PLC的锂对称电池在60℃下循环1500小时不发生短路.组装得到的LiFePO_(4)/PLC/Li全固态电池在60和50℃时均有出色的循环稳定性.这项工作表明,通过调节填料的微观结构(如C-LALZO结构),可以有效地改善复合电解质的电化学性能.