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研究人员发现两种常见半导体材料的非常有效的排列方式

中国研究人员最近发现了两种常见半导体材料的非常有效的排列方式,这将大大提高其作为光催化剂的效率。他们报告说,由纳米级的黑磷和钨酸铋构成的二维异质结构可以在充足的光存在下分解水。

此外,相同的半导体结构还可以分解空气污染中发现的有毒一氧化氮气体(废气)。他们的实验细节发表在科学杂志Angewandte Chemie上。

黑磷是磷的一种形式,可以在环境温度和气压下保持其稳定性。同时,钨酸铋是由铋和氧化钨组成的化合物。苏州大学和江苏大学的研究人员最近在一项实验中将这两种材料用作半导体。

植物将光作为食物的光合作用过程中的能源。许多半导体同样可以吸收光并利用聚集的能量为化学反应提供动力。(相关:新研究简化了收集太阳能以产生燃料的过程。)

由黑磷和钨酸铋的纳米层制成的高效光催化剂

钨酸铋是一种有望作为光催化剂发挥巨大作用的半导体。期望可以有效地将水分解成氢和氧原子,并对一氧化氮也能这样做。

但是,先前涉及钨酸铋的测试未能达到所需的氢气生产水平。它也没有满足其通过一氧化氮降解处理空气污染的要求。

研究人员被迫寻找提高钨酸铋作为光催化剂的效率的方法。一种技术要求将纳米厚度的钨酸铋与另一半导体的类似薄层结合在一起。两层不同的材料将形成带隙不相等的异质结。

东吴研究人员陈东云和陆建美决定在理论异质结构中测试黑磷作为钨酸铋的伴侣的适用性。他们与江苏同行合作开发了新型光催化剂。

他们的实验表明,两种半导体的组合在水和一氧化氮上均达到了所需的光催化性能。进一步的细化可以使材料结合到其他应用中。

新材料可以从水中产生氢并从污染的空气中消除氮氧化物

黑磷由六个磷原子的链组成。链条排列成波纹状,可分为甚至更薄的单原子层。

东吴-江苏研究人员在黑磷的纳米层周围均匀涂覆了钨酸铋芯片。这种异质结构确保半导体保持非常接近。除了简单易生产之外,异质结构还使材料之间具有协同作用。

黑磷可以吸收很大范围的可见光光谱。此外,磷同素异形体和钨酸铋中的电子能级都位于正确的位置。

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