2019材料领域新晋院士江风益\叶志镇\彭练矛工作梳理

Alisa 4年前 (2019-12-13) 5053浏览

前不久，2019年新增中国科学院院士名单公布，不知道有没有各位同学的导师呢。

本文总结了三位材料领域的新晋院士的工作研究进展，以供各位同行参考交流。

一、江风益

研究领域：半导体照明技术

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

与传统的磷光转换白光源相比，由于节能和智能照明，固态照明中多色半导体电致发光的潜力得到了广泛的研究。这项工作中展示了一种高效的基于GaN的绿色发光二极管（LED），其具有在图案化的Si衬底上生长的三明治状多量子阱（MQW）结构。通过调整夹层MQW内部接近p-GaN的三个量子势垒的厚度，可以提高性能。样品A，B和C的最佳势垒厚度分别为13、10和8 nm，其峰值外部量子效率（EQE）值分别为55.6％，56.2％和49.0％。在正常工作条件下最佳性能的样品的输出功率，EQE，正向电压和主波长分别为306.0 mW，37.0％，2.76 V和525 nm。这项工作可能提供一种经济可行的方法，以实现在硅基板上批量生产高效InGaN绿色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

通过金属有机化学气相沉积在硅衬底上生长InGaN / GaN多量子阱（MQW）发光二极管。 在器件上进行了温度依赖性电致发光结果表明，用硅重掺杂远离n型层的势垒会导致两个发射峰。随着掺杂势垒越来越靠近n型层，两个峰之间的能隙变窄。 掺杂在势垒中的硅会从掺杂势垒向p型层生成p-n结内置场。该场补偿了掺杂势垒和p型层之间的阱中的压电场。这导致量子阱的发射能量更高。当掺杂的势垒更接近n型层时，补偿的意义不大。

二、叶志镇

研究领域：无机光电材料

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

这项工作报道了一锅法多元醇方法的设计和实现，该方法适用于合成直径小于8 nm，纵横比最大为100的五重孪晶Pd纳米线。该方法成功的关键是可控的还原Na2PdCl4由二甘醇和抗坏血酸经NaI和HCl引入。I–和H+离子可通过形成PdI42–并抑制抗坏血酸的解离来减慢还原速率。当将初始还原速率调整到适当的范围时，在成核过程中会出现具有五重缠绕结构的Pd十面体种子。在作为选择性封端剂的I-离子存在下朝向Pd表面的情况下，可以将十面体晶种轴向生长成五股缠绕的纳米棒，然后形成纳米线。当负载在碳上时，Pd纳米线显示出大大增强的比电催化活性，在碱性条件下，Pd / C对甲酸氧化的价值是商用Pd / C的5倍以上，对氧还原的Pt / C则是三倍。这项工作还证明了Pd纳米线可以用作Pt原子保形沉积的牺牲模板，以生成核-壳纳米线，然后生成具有明确表面结构的Pd-Pt纳米管。

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

为了在新型三维多孔镍模板(Ni(OH)2 @3DPN)上制备交联的Ni(OH)2纳米片，叶院士开发了一种简便且可扩展的原位微电解纳米制造技术。对于构造的模板，NaCl颗粒的致孔剂不仅会引起自我限制的表面热腐蚀，从而使其具有“启动发动机停止”的机理，而且还可以用作电池电解质，从而大大促进Ni(OH)2的生长。由于条件温和（60℃，6 h，NaCl溶液）且没有任何后处理，微电解纳米加工优于其他报道的Ni(OH)2合成方法。合适的微观结构和多孔结构的集成式Ni(OH)2@3DPN电极使其在电化学中具有潜在应用。该电极实际应用于非酶葡萄糖检测，其灵敏度高达2761.6μAmM–1cm–2，检测范围0.46-2100μM，响应速度快且检测限低。微电解纳米加工是一个一步完成，无粘合剂，完全绿色的工艺，因此在改善清洁生产和减少能耗方面具有明显的优势。

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

这项工作中叶院士研究了用FeSe2-碳纳米管（FeSe2-CNT）杂化微球作为锂离子电池（LIBs）的负极材料，这种特殊的结构在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环稳定性。FeSe2-CNT杂化LIB可以承受摩擦电纳米发电机（TENGs）的高压脉冲，并由TENGs直接充电以稳定地收集能量。

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

设计和构造异质结构是提高金属氧化物半导体气体传感器的传感性能的趋势。借助碳胶体纳米球并经退火，叶院士课题组成功合成了一种新型的多孔Co3O4/Ta2O5异质结构空心纳米球，超薄空心球壳（〜5 nm）的Ta2O5纳米结构与Co3O4纳米颗粒连接，在接触表面形成异质结。Ta2O5空心球充当支撑模型，阻碍了Co3O4纳米粒子的聚集并具有更大的比表面积，有出色的乙醇检测性能。对10、20、50和100 ppm乙醇的气体响应分别达到20％，50％，90％和180％。Co3O4 / Ta2O5中空纳米球还表现出出色的选择性和可靠的稳定性，这可以归因于Co3O4和Ta2O5接触表面中异质结的形成，从而导致电子耗尽层的扩展。

三、彭练矛

研究方向：材料物理

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

碳纳米管（CNT）被认为是构建高灵敏度气体传感器的理想沟道材料。然而，报道的基于CNT的H2传感器存在低灵敏度或低产量的困扰。彭院士课题组通过全面优化CNT材料，器件结构和制造工艺，开发了基于溶液衍生的CNT网络大规模制造超高灵敏度H2传感器的技术。在H2传感器中，以聚[9-（1-辛烯酰基）-9H-咔唑-2,7-二基]（PCz）提取的高半导体纯度溶液碳纳米管薄膜为主要通道，并用Pd功能化装饰纳米粒子捕获H2。Ti触点用于形成肖特基势垒，以增强转移的电荷诱导的电阻变化，在室温〜311 ppm的浓度下，在室温下获得3个数量级的电阻变化响应响应时间7s，检测限890 ppb，这是迄今为止对CNT H2传感器的最高响应，也是首次实现室温下H2的亚ppm检测。在100°C时，检测限浓度可以提高到89 ppb。

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

在单根纳米线水平上控制一维纳米线的生长对于构建基于多功能纳米线的设备以及深入了解纳米线生长机制至关重要。在这项工作中，彭院士课题组通过在环境扫描电子显微镜内部用纳米探针接触正在生长的氧化钨纳米线，从而首次控制纳米线阵列中单个纳米线的生长。与自然生长的纳米线相比，控制的纳米线表现出加速的径向生长速率和减速的轴向生长速率，轴向生长速率与径向生长速率之比降低了两个数量级。通过纳米探针接触和分离来交替灵活地控制加快和减慢单根纳米线的生长速度。径向生长速率的加速归因于接触诱导的纳米线的接触诱导局部冷却以及由于减少的原子有效扩散长度和减少的平衡源蒸气压而在侧壁上造成蒸气源沉积。这项工作首次实现单个纳米线可控生长，并探究了纳米线生长扩散动力学。生长中的纳米线在近红外光电探测器中显示出潜在的应用。

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）对于控制其性能至关重要。但是，通过增长来设计或控制晶界仍然是一个巨大的挑战。彭院士课题组发现化学气相沉积的多边形石墨烯薄片中GBs的形成是通过几何规则来描述的。形成的GB为对称倾斜并且是连续的直线，并且包括端点，GB线的方向以及相邻石墨烯晶粒之间的取向不良角的关键参数可以仅由多边形石墨烯薄片的几何形状确定。结果显示直线石墨烯GB线长度的能被控制生长，并以简单的方式展示GB场效应晶体管器件的能力。这项工作为工程晶粒和石墨烯中GB的研究迈出了重要的一步。

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

自相似的分形结构在科学，数学和美学中至关重要，能在表面上构造了一系列无分子缺陷的Sierpiński三角形分形。但是，由于动力学增长的限制，分形的最高阶仅为4。在这项工作中，通过模板和共组装方法的组合，在超高真空下成功制备了横向长度为0.05μm的完整的五阶Sierpiński三角形。使用Fe原子，4,4-双氰基-1,1'：3'，1-三联苯和1,3-双（4-吡啶基）苯分子在重建的Au（100）-（ 十六进制）表面。结果表明，可以将这种新策略应用于构建各种高阶Sierpiński三角形。

参考文献

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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