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砷磷合金纳米带开启电池、太阳能电池和量子计算的潜力

重点摘要

  1. 创造新纳米材料

    • 磷和砷合金化,形成高导电、薄型的带状材料,适用于先进科技。
  2. 提升磷导电性

    • 将磷与砷合金化可提高其实用性和导电性。
  3. 生产与结构

    • 以特定条件混合磷、砷和锂来制造砷磷合金纳米带,形成单原子厚的带状结构。
  4. 关键特性

    • 砷磷合金纳米带具有高导电性和优异的“空穴迁移率”。

    • 它们出乎意料地展现磁性,对量子计算具有潜在应用。

  5. 扩展应用

    • 砷磷合金纳米带可能增强电池的能量储存和充电速度。

    • 可改善太阳能电池中的电荷流动和效率。

  6. 意义

    • 合金化提供了一个强大的工具来控制纳米材料的特性和应用。

    • 可大规模生产砷磷合金纳米带,以成本效益方式应用于各种用途。

伦敦大学学院Adam J. Clancy & Christopher A. Howard 研究团队通过合金化磷和砷创造了新的纳米材料,形成高导电性的纳米带,厚度仅为一个原子。这种创新使得它们成为提升下一代电池、太阳能电池和量子计算机性能的有前途的候选材料。

单独的磷电导性较差,限制了其实际应用。但与微量砷合金化后,其特性得到改变。伦敦大学学院的研究人员利用特定化学裂解过程合成了这些砷磷合金纳米带(AsPNRs)。

  在2019年,研究人员发现磷纳米带作为太阳能电池的一层可以提高对阳光的能量收集。在他们目前的研究中,他们将磷-砷片层夹在零下58°F(-50°C)的锂层中进行了24小时。24小时后,将氨溶剂去除并更换成有机溶剂。这导致片层裂成带状结构,因为锂离子只能朝一个方向移动。

  研究人员发现,砷磷合金纳米带保留了纯磷纳米带的有用特性,但具有极大的导电性,特别是在130 K(-226°F/-140°C)以上。它们表现出极高的“空穴迁移率”,使电流能够高效流动。

  与纯磷不同,砷磷合金纳米带不需要与导电填料配对即可应用于电池中。它们优越的电荷传递能力可以实现更快的充电,并具有更大的储存容量。

  纳米带的增强导电性也为更高效的太阳能电池打开了可能。它们意外的磁性使其对新兴的量子计算应用具有潜力。

  这显示了纳米尺度的合金化具有定制不同用途所需特性的能力,从能源收集到高性能电子和传感器。简单的生产过程可进行规模化制造,以实现广泛商业应用。

关键字:solar cell, AsPNRs

Figure1. a) 描述 bAsP 晶体结构,强调 As/P 原子随机排列,AsPNR 具有相同基面结构。b) 展示了 bAsP 和 Li(AsP)9 的 pXRD 图谱。c) 显示了 AsPNR 在 DMF 中的 UV-Vis 光谱,附有试管插图。d) 展示了从 DMF 溶液滴加到硅片上的 (i) bAsP、(ii) Li(AsP)9 和 (iii) AsPNRs 的拉曼光谱。e−g)展示了从 DMF 溶液滴加到硅片上的 (i) bAsP、(ii) Li(AsP)9 和 (iii) AsPNRs 的 XPS 光谱及峰值中心。

Figure5. 以电洞唯一的空载载子压电装置架构为基础的对数-对数 J-V 图,包括ITO/PEDOT:PSS/PTAA/Au和ITO/PEDOT:PSS/PTAA/AsPNR/Au。

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