2019材料領域新晉院士江風益\葉志鎮\彭練矛工作梳理

Alisa 4年前 (2019-12-13) 4779瀏覽

前不久，2019年新增中國科學院院士名單公布，不知道有沒有各位同學的導師呢。

本文總結了三位材料領域的新晉院士的工作研究進展，以供各位同行參考交流。

一、江風益

研究領域：半導體照明技術

1. ACS Photonics：Realization of Highly Efficient InGaN Green LEDs with Sandwich-like Multiple Quantum Well Structure: Role of Enhanced Interwell Carrier Transport1

與傳統的磷光轉換白光源相比，由于節能和智能照明，固態照明中多色半導體電致發光的潛力得到了廣泛的研究。這項工作中展示了一種高效的基于GaN的綠色發光二極管（LED），其具有在圖案化的Si襯底上生長的三明治狀多量子阱（MQW）結構。通過調整夾層MQW內部接近p-GaN的三個量子勢壘的厚度，可以提高性能。樣品A，B和C的最佳勢壘厚度分別為13、10和8 nm，其峰值外部量子效率（EQE）值分別為55.6％，56.2％和49.0％。在正常工作條件下最佳性能的樣品的輸出功率，EQE，正向電壓和主波長分別為306.0 mW，37.0％，2.76 V和525 nm。這項工作可能提供一種經濟可行的方法，以實現在硅基板上批量生產高效InGaN綠色LED。

2.?J. Appl. Phys.：The effect of silicon doping in the barrier on the electroluminescence?of InGaN/GaN multiple quantum well light emitting diodes2

通過金屬有機化學氣相沉積在硅襯底上生長InGaN / GaN多量子阱（MQW）發光二極管。 在器件上進行了溫度依賴性電致發光結果表明，用硅重摻雜遠離n型層的勢壘會導致兩個發射峰。隨著摻雜勢壘越來越靠近n型層，兩個峰之間的能隙變窄。 摻雜在勢壘中的硅會從摻雜勢壘向p型層生成p-n結內置場。該場補償了摻雜勢壘和p型層之間的阱中的壓電場。這導致量子阱的發射能量更高。當摻雜的勢壘更接近n型層時，補償的意義不大。

二、葉志鎮

研究領域：無機光電材料

1.?ACS Appl. Mater. Interfaces.: One-Pot Synthesis of Penta-twinned Palladium Nanowires and Their Enhanced Electrocatalytic Properties3

這項工作報道了一鍋法多元醇方法的設計和實現，該方法適用于合成直徑小于8 nm，縱橫比最大為100的五重孿晶Pd納米線。該方法成功的關鍵是可控的還原Na2PdCl4由二甘醇和抗壞血酸經NaI和HCl引入。I–和H+離子可通過形成PdI42–并抑制抗壞血酸的解離來減慢還原速率。當將初始還原速率調整到適當的范圍時，在成核過程中會出現具有五重纏繞結構的Pd十面體種子。在作為選擇性封端劑的I-離子存在下朝向Pd表面的情況下，可以將十面體晶種軸向生長成五股纏繞的納米棒，然后形成納米線。當負載在碳上時，Pd納米線顯示出大大增強的比電催化活性，在堿性條件下，Pd / C對甲酸氧化的價值是商用Pd / C的5倍以上，對氧還原的Pt / C則是三倍。這項工作還證明了Pd納米線可以用作Pt原子保形沉積的犧牲模板，以生成核-殼納米線，然后生成具有明確表面結構的Pd-Pt納米管。

2.?ACS Appl. Mater. Interfaces: Three-Dimensional Porous Nickel Frameworks Anchored with Cross-Linked Ni(OH)2?Nanosheets as a Highly Sensitive Nonenzymatic Glucose Sensor4

為了在新型三維多孔鎳模板(Ni(OH)2?@3DPN)上制備交聯的Ni(OH)2納米片，葉院士開發了一種簡便且可擴展的原位微電解納米制造技術。對于構造的模板，NaCl顆粒的致孔劑不僅會引起自我限制的表面熱腐蝕，從而使其具有“啟動發動機停止”的機理，而且還可以用作電池電解質，從而大大促進Ni(OH)2的生長。由于條件溫和（60℃，6 h，NaCl溶液）且沒有任何后處理，微電解納米加工優于其他報道的Ni(OH)2合成方法。合適的微觀結構和多孔結構的集成式Ni(OH)2@3DPN電極使其在電化學中具有潛在應用。該電極實際應用于非酶葡萄糖檢測，其靈敏度高達2761.6μAmM–1cm–2，檢測范圍0.46-2100μM，響應速度快且檢測限低。微電解納米加工是一個一步完成，無粘合劑，完全綠色的工藝，因此在改善清潔生產和減少能耗方面具有明顯的優勢。

3.?Chem.Commun.: FeSe2/carbon nanotube hybrid lithium-ion battery for harvesting energy from triboelectric nanogenerators5

這項工作中葉院士研究了用FeSe2-碳納米管（FeSe2-CNT）雜化微球作為鋰離子電池（LIBs）的負極材料，這種特殊的結構在0.5 Ag-1下具有571.2 mA hg-1的高比容量，有出色的倍率性能和循環穩定性。FeSe2-CNT雜化LIB可以承受摩擦電納米發電機（TENGs）的高壓脈沖，并由TENGs直接充電以穩定地收集能量。

4.?J.?Alloys.?Compd.：Synthesis of Co3O4/Ta2O5?heterostructure hollow nanospheres for enhanced room temperature ethanol gas sensor6

設計和構造異質結構是提高金屬氧化物半導體氣體傳感器的傳感性能的趨勢。借助碳膠體納米球并經退火，葉院士課題組成功合成了一種新型的多孔Co3O4/Ta2O5異質結構空心納米球，超薄空心球殼（?5 nm）的Ta2O5納米結構與Co3O4納米顆粒連接，在接觸表面形成異質結。Ta2O5空心球充當支撐模型，阻礙了Co3O4納米粒子的聚集并具有更大的比表面積，有出色的乙醇檢測性能。對10、20、50和100 ppm乙醇的氣體響應分別達到20％，50％，90％和180％。Co3O4?/ Ta2O5中空納米球還表現出出色的選擇性和可靠的穩定性，這可以歸因于Co3O4和Ta2O5接觸表面中異質結的形成，從而導致電子耗盡層的擴展。

三、彭練矛

研究方向：材料物理

1.?ACS Sens.：?Batch Fabrication of Ultrasensitive Carbon Nanotube Hydrogen Sensors with Sub-ppm Detection Limit7

碳納米管（CNT）被認為是構建高靈敏度氣體傳感器的理想溝道材料。然而，報道的基于CNT的H2傳感器存在低靈敏度或低產量的困擾。彭院士課題組通過全面優化CNT材料，器件結構和制造工藝，開發了基于溶液衍生的CNT網絡大規模制造超高靈敏度H2傳感器的技術。在H2傳感器中，以聚[9-（1-辛烯酰基）-9H-咔唑-2,7-二基]（PCz）提取的高半導體純度溶液碳納米管薄膜為主要通道，并用Pd功能化裝飾納米粒子捕獲H2。Ti觸點用于形成肖特基勢壘，以增強轉移的電荷誘導的電阻變化，在室溫?311 ppm的濃度下，在室溫下獲得3個數量級的電阻變化響應響應時間7s，檢測限890 ppb，這是迄今為止對CNT H2傳感器的最高響應，也是首次實現室溫下H2的亞ppm檢測。在100°C時，檢測限濃度可以提高到89 ppb。

2.?ACS Appl.?Nano Mater.：Controlling the Growth of Single Nanowires in a Nanowire Forest for near-Infrared Photodetection8

在單根納米線水平上控制一維納米線的生長對于構建基于多功能納米線的設備以及深入了解納米線生長機制至關重要。在這項工作中，彭院士課題組通過在環境掃描電子顯微鏡內部用納米探針接觸正在生長的氧化鎢納米線，從而首次控制納米線陣列中單個納米線的生長。與自然生長的納米線相比，控制的納米線表現出加速的徑向生長速率和減速的軸向生長速率，軸向生長速率與徑向生長速率之比降低了兩個數量級。通過納米探針接觸和分離來交替靈活地控制加快和減慢單根納米線的生長速度。徑向生長速率的加速歸因于接觸誘導的納米線的接觸誘導局部冷卻以及由于減少的原子有效擴散長度和減少的平衡源蒸氣壓而在側壁上造成蒸氣源沉積。這項工作首次實現單個納米線可控生長，并探究了納米線生長擴散動力學。生長中的納米線在近紅外光電探測器中顯示出潛在的應用。

3. ACS Nano：Governing Rule for Dynamic Formation of Grain Boundaries in Grown Graphene9

石墨烯中的晶粒和晶界（GBs）對于控制其性能至關重要。但是，通過增長來設計或控制晶界仍然是一個巨大的挑戰。彭院士課題組發現化學氣相沉積的多邊形石墨烯薄片中GBs的形成是通過幾何規則來描述的。形成的GB為對稱傾斜并且是連續的直線，并且包括端點，GB線的方向以及相鄰石墨烯晶粒之間的取向不良角的關鍵參數可以僅由多邊形石墨烯薄片的幾何形狀確定。結果顯示直線石墨烯GB線長度的能被控制生長，并以簡單的方式展示GB場效應晶體管器件的能力。這項工作為工程晶粒和石墨烯中GB的研究邁出了重要的一步。

4. J.?Am. Chem.?Soc.：Construction of Sierpiński Triangles up to the Fifth Order10

自相似的分形結構在科學，數學和美學中至關重要，能在表面上構造了一系列無分子缺陷的Sierpiński三角形分形。但是，由于動力學增長的限制，分形的最高階僅為4。在這項工作中，通過模板和共組裝方法的組合，在超高真空下成功制備了橫向長度為0.05μm的完整的五階Sierpiński三角形。使用Fe原子，4,4-雙氰基-1,1'：3'，1-三聯苯和1,3-雙（4-吡啶基）苯分子在重建的Au（100）-（ 十六進制）表面。結果表明，可以將這種新策略應用于構建各種高階Sierpiński三角形。

參考文獻

1. Quanjiang Lv, Junlin Liu, Fengyi Jiang. Realization of Highly Efficient InGaN Green LEDs with Sandwich-like Multiple Quantum Well Structure: Role of Enhanced Interwell Carrier Transport. ACS Photonics. 2019, 6,1, 130-138.

2. Zhijue Quan,?Qinghua Mao, Fengyi Jiang. The effect of silicon doping in the barrier on the electroluminescence of InGaN/GaN multiple quantum well light emitting diodes.?J. Appl. Phys.?2013, 114, 103102.

3. Jingyue Liu, Zhizhen Ye, Younan Xia.One-Pot Synthesis of Penta-twinned Palladium Nanowires and Their Enhanced Electrocatalytic Properties. ACS Appl. Mater. Interfaces2017, 9, 36, 31203-31212.

4. Pengcheng Sun, Zhizhen Ye, Jingyun Huang.Three-Dimensional Porous Nickel Frameworks Anchored with Cross-Linked Ni(OH)2?Nanosheets as a Highly Sensitive Nonenzymatic Glucose Sensor. ACS Appl. Mater. Interfaces?2018, 10, 17, 15088-15095.

5. Qinghua Zhang,?Yu-Jia Zeng, Zhizhen Ye. FeSe2/carbon nanotube hybrid lithium-ion battery for harvesting energy from triboelectric nanogenerators. Chem. Commun. 2019, 73.

6. ZhenWen,ZhizhenYe,?LipingZhu. Synthesis of Co3O4/Ta2O5?heterostructure hollow nanospheres for enhanced room temperature ethanol gas sensor. J.?Alloys. Compd.?2017, 727,?15,?436-443.

7. Jingxia Liu, Zhiyong Zhang, Lianmao Peng. Batch Fabrication of Ultrasensitive Carbon Nanotube Hydrogen Sensors with Sub-ppm Detection Limit. ACS Sens.?2018, 3, 4, 749-756.

8. Qing Chen, Lianmao Peng, Xianlong Wei. Controlling the Growth of Single Nanowires in a Nanowire Forest for near-Infrared Photodetection. ACS Appl. Nano Mater.2018, 1, 6, 3035-3041.

9. Lianmao Peng, Shuai Wang, Yunqi Liu. Governing Rule for Dynamic Formation of Grain Boundaries in Grown Graphene. ACS Nano2015, 9, 6, 5792-5798.

10. Shimin Hou, Lianmao Peng, Kai Wu. Construction of Sierpiński Triangles up to the Fifth Order. J.Am. Chem.?Soc.?2017, 139, 39, 13749-13753.

本文由怪ayi供稿。

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