掺杂铈铽的磷酸镧

Rietveld 分析的可靠性因子Rwp 在3% -5% 之间， 而且GOF 因子也在2 左右，这说明Rietveld 精修的 结果是可靠的.Rietveld 分析的可靠性因子Rwp 在3% -5% 之间， 而且GOF 因子也在2 左右，这说明Rietveld 精修的 结果是可靠的.2.2 电学性能 样品的Seebeck 系数(&alpha ) 测量结果如图2 ，从 图中可以看出，所有样品的Seebeck 系数均为负值， 具有电子导电的特征，这说明样品为n 型半导体. Hf 掺杂后，其绝对值有明显增加，特别是在300 -Hf 掺杂BiSbTe3 结构与热电性能研究 刘福生，敖伟琴，罗锐敏，冯学文，张文华，李均钦 (深圳大学材料学院，深圳市特种功能材料重点实验室，深圳518060) 摘要:以高纯町、Bi 、Sb 和Te 为原料，在1000ce 下，经10 h 氧气保护熔融状态下反应，冷却球磨 制粉，再在氮气保护下进行热压(450ce ， 20 MPa) ，成功制备出一系列不同Hf 掺杂量的Hf2x ( Bi ,Sb) 2 -2xTe3 化合物.X 射线粉末衍射Rietveld 分析说明， Hf 在结构中占据6c 品位，以替代(Bi ， Sb) 的形式进入品格. Hf 掺杂引起BiSbTe3 的Seebeck 系数增大，电导率降低.功率因子在375 K 时达最大值526&mu W/mK2 &bull 关键词:热电性能 给 Bi2Te3 Seebeck 系数 功率因子 中图分类号: TB 39 文献标识码:A Bi2Te 3 及其固溶体合金是研究最早，也是目前发展最为成熟的热电材料之一. 目前使用的大多数热电制冷元件均采用这类材料.研究表明Bi 2 Te 3 能分别与Bi2 Se 3 和Sb2 Te3 在整个组分范围内形成连 续固溶体，通过这种方式能使材料的热电优值得到明显提高[1J 另一种提高Bi2 Te 3 基热电性能的方式是对Bi 位原子进行掺杂，以提高声子散射，降低热导率.已有学者分别对Sn[2 J 、Pb[3 J 、Ga[4 J 和CU[5 J 等掺杂的Bi2 Te3 基化合物的性能与微结构进行研究，其热电性能有不同程度的提高. Hf 是稀土元素后的第一个元素，也是一种非常重要的热电元素，其原子量大，且其原子、离子及共价半径比稀土元素小，有利于掺杂提高声子散射，对Hf 掺杂 的Bil凶b3 结构与性能进行研究有重要意义. 1 实验方法 采用纯度为99.99 £ 3毛给( Hf) 、锦(Sb) 、铭( Bi) 及纯度为99.999 £ 3毛的暗(Te) 为原料，按Hi&mu Bi ,Sb ) 2 -2xTe3 (x =0 -- o. 05 )化学计算比进行称量，每个试样重6 g. 将配备好的试样装入石英 管并抽真空(真空度低于6 X 10 -3 Pa) 后，充入高纯氧气(约0.2 MPa) 封管，然后置入装有Si02 粉末的增塌中，得石英管竖立，置于箱式高温炉中，在1000ce下，经10 h 氧气保护熔融状态下反应，再经96 h 缓慢冷却至室温.理后的样品再经过球磨，热压烧结(450ce ， 20 MPa). 样品结构分析采用Br此er - Axs D8 Advance 18kW 转靶X 线粉末衍射仪(CuK&alpha ) 进行.样品的Seebeck 系数与电导率的测量在ZEM -2 型热电性能测试仪上进行. 2 结果与讨论 2.1 X 射线粉未衍射分析 热压后样品的X 射线粉末衍射(XRD) 图谱 如图1 所示.从图中可以看出，不同掺杂量的样品 具有相同的衍射峰分布，为Bi2 Te3 型(空间群:R-3m) 结构的单相样品，未发现与Hf 有关的杂相 衍射峰，说明Hf 成功地掺入了BiSbTe 3 的结构中. 对样品的衍射图谱Rietveld 精修结果如表1 所示. Bi2 Te 3 基化合物晶体结构沿C 轴方向看，可视 为六方层状结构，同一层上具有相同的原子，按六方排列，各层按:&hellip Tel - Bi - Te2 - Bi - Tel · · · Tel - Bi - Te2 - Bi - Tel ...顺序排列，二个邻近的Tel原子层间以范德华力结合，层间距约为0.25 nm ,上下二层各3 个Tel 原子形成空的八面体空隙，可 为填充掺杂提供条件.其他层之间以共价键结合[6 J &bull Bi原子填充在由Tel 和Te2 二层原子组成的 八面体空隙中.根据该结构特征，掺杂原子在结构中的占位有两种方式:一是占据Tel 原子组成的八 面体空隙(3b 晶位) ，二是替代Bi 原子的位置(6c 晶位) .一般倾向于认为两种位置均可占有. 根据精修的晶体结构结果，若Hf 填充在3b 晶位，其与Tel 原子的间距约为0.284 nm , Hf 与Te 的原 子半径分别为0.216 nm 与0.146 nm ，且该位置的结合力为范德华力， Hf 在该位置的填充必将使晶体 结构发生明显畸变，随着Hf 掺杂量的增加， Hf2x( Bi ,Sb) 2 -2x Te3 的晶胞参数将会产生明显且急剧的 增加.但Rietveld 精修结果表明，晶胞参数随Hf 掺杂量的增加仅产生微小变化.由于Hf 与Bi、饨的 共价半径差别较小，本文认为Hf 在结构中主要替代(Bi ， Sb) ，对晶胞参数的影响较小. 2.2 电学性能 样品的Seebeck 系数(&alpha ) 测量结果如图2 ，从图中可以看出，所有样品的Seebeck 系数均为负值， 具有电子导电的特征，这说明样品为n 型半导体.Hf 掺杂后，其绝对值有明显增加，特别是在300 -Rietveld 分析的可靠性因子Rwp 在3% -5% 之间，而且GOF 因子也在2 左右，这说明Rietveld 精修的结果是可靠的. 500 K 间， Seebeck 系数随温度的升高先升后降，这种变化关系与Bi2 Te3 基合金的常规变化规律一致: 在o -lOOce 范围内，随温度升高，载流子的浓度增加，但是载流子间的散射作用显著增强，并起主导 作用， &alpha 出现增大趋势 在温度大于100ce 后，进入本征激发范围，载流子浓度迅速增加，引起Seebeck 系数急剧降低.对于(Bi , Sb ) 2 Te 3 单晶，由于Te 的少量挥发，引起结构中Bi 或者Sb 占据Te 的 空位[6] ，产生空穴，因此( Bi ,Sb ) 2 Te3 单晶表现为P型半导体.对于热压合成的( Bi , Sb ) 2 Te3 多晶体， 由于在熔融制备及球磨及热压过程中的表面氧化，氧的溶入会在结构中产生施主能级[叫 而且在球 磨的形变作用下，将会产生更多的Te 空穴， Te 空穴也起施主的作用[8] ，因此热压制备的(Bi , Sb) 2 Te 3 多晶体比( Bi ,Sb ) 2 Te3 单晶有高浓度的施主，从而呈现n 型半导体的特征. Hf 是一种变价元素，可以为+2 、+3 及+4 价，在( Bi , Sb ) 2Te 3 中Hf 可能以低价形式存在，产生空穴，降低了电子浓度.可能由于氧及Te 空位浓度差异的共同影响，不同的掺杂量间不呈现规律性.电导率(&sigma ) 的测量结果如图3 所示，电导率的 变化规律与Seebeck 系数正好相反， Hf 掺杂降低了样品的电导率，电导率随着温度的升高而增加.这 也体现了电导率与Seebeck 系数之间的本质联系. 2.3功率因子 功率因子用&alpha 2&sigma ( 功率因子)衡量热电性能，其计算结果如图4. 结果表明， Hf2x ( Bi , Sb ) 2 -2x Te3 的功率因子在375 K 时有一个最大值，当x = 0.02 时，为526&mu W/mK2 ，是未掺杂BiSbTe3 功率因子(为316 &mu W/mK 2 ) 的1.66 倍.该数值略低于赵新兵等[9J 采用溶剂热方法制备的纳米Bi 2 Te 3 的功率因子(为620&mu W/mK 2 ， 393 K).采用气氛熔炼加热压的方法，成功制备出纯相Hf认Bi ， Sb) 2 -2x Te3 热电材料. Hf 在结构中占据6c晶位，即以替代(Bi ， Sb) 的形式进入晶格.由于表面氧化及球磨效应的共同作用，Hf 掺杂的BiSbTe3为n 型半导体， Hf 掺杂引起BiSbTe3 的Seebeck系数增大，电导率略有降低.功率因子在375K 时有一个最大值为526&mu W/mK2 &bull

近日，中国科学院兰州化学物理研究所手性分离与微纳分析课题组开发出一种多重限域的一步可控合成掺杂方法，制备出对稀土离子具有高分离选择性的氮掺杂纳孔石墨烯膜（专利申请号：CN 202010861481.0）。该研究在吸附了苯丙氨酸的氧化石墨烯膜的二维层间空间限域生长层状锌类水滑石，从而构建类水滑石/苯丙氨酸/氧化石墨烯三明治型复合材料。由于锌类水滑石层间夹层可作为密闭反应器，通过限域燃烧，可将苯丙氨酸中的氮原子掺杂到石墨烯晶格中。同时，形成的多孔锌类水滑石可作为模板，通过孔区域内限域燃烧在氧化石墨烯上蚀刻出孔径可控的纳米孔（图1）。　　科研人员将获得的氮掺杂纳孔石墨烯（图2）制备成膜用于稀土元素的分离，获得了良好的分离选择性，最高膜分离因子达到3.7。理论模拟表明，氮掺杂纳孔石墨烯中的吡咯氮原子，在稀土离子的选择性分离过程中起到主要作用。该制备方法简单高效、膜分离稳定性优异。该研究不仅为杂原子掺杂纳孔石墨烯材料的制备开辟了新途径，而且为实现稀土离子的高选择性膜分离提供了新思路，具有潜在的工业应用前景。相关研究成果发表在Cell Press旗下综合类子刊iScience上，博士生谭洪鑫为论文第一作者，研究员李湛和邱洪灯为论文共同通讯作者。　　此外，研究人员在自主研发的纳孔石墨烯/氧化锌纳米复合材料的基础上，利用固相合成策略，使均苯三甲酸与纳孔石墨烯表面的氧化锌纳米颗粒直接反应，原位绿色合成出纳孔石墨烯/MOF复合纳米材料，并发现该材料适合于水溶液中稀土离子的选择性固相吸附分离，该研究成果发表在Analytical Chemistry上。　　研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院和甘肃省人才计划项目的支持。 图1.多重限域策略可控合成氮掺杂纳孔石墨烯示意图 图2.氮掺杂纳孔石墨烯表征图

Nature：突破障碍 - 何祝兵团队在甲胺掺杂的倒钙钛矿太阳能电池中达成25.86%的效率分子掺杂工艺： 研究人员引入了一种使用二甲基胺基掺杂剂的分子掺杂工艺，该工艺能够创建一个与p-钙钛矿/ITO接触良好且能够完全钝化晶界的结构。这种创新工艺提高了钙钛矿太阳能电池的功率转换效率（PCE），实现了经认证的25.39%的PCE，这是对钙钛矿太阳能电池现有标准的改进。分子挤压技术： 该工艺采用了一种独特的“分子挤压”方法，在甲苯淬灭结晶过程中将分子从前驱体溶液排出到晶界和薄膜底部。这种独特的技术导致了钙钛矿薄膜的p-掺杂，有助于提高器件的效率。长寿命和高效率： 器件在逆向扫描时实现了25.86%的效率，并表现出卓越的稳定性，即使经过1000小时的光老化，仍能保持96.6%的初始效率。这表明钙钛矿太阳能电池在性能和可靠性方面取得了显著的进步。在不断发展的光伏领域中，更有效、可持续地利用太阳能的追求是一项不懈的努力。科学家已经探索了许多途径来提高太阳能电池的效率，其中钙钛矿太阳能电池因其性能潜力和经济制造能力的结合而一直脱颖而出。今天，我们将聚焦于一支南方科技大学何祝兵团队率领杰出的研究团队所取得的重大突破，他们实现了钙钛矿太阳能电池效率的深度提高，这标志着我们共同追求更可持续和能效的未来的重要一步。这项开创性的研究提出了一种与传统方法有着根本不同的新型分子掺杂工艺，使用了一种二甲基氨基基团的掺杂剂。这种掺杂剂巧妙地用于形成和谐的p-钙钛矿/ITO接触，并精确地去除晶界缺陷，推动了钙钛矿太阳能电池功率转换效率（PCE）的大幅提升。研究团队创造出了一个惊人的世界纪录，即25.39%的认证PCE，为该行业设定了新的标准和潜力。为了达到这个非凡的成就，研究人员提出了一种被称为“分子挤压”的巧妙技术。这种创新策略迫使前体溶液中的分子在甲苯淬火晶化过程中重新分布到晶界和薄膜底部。因此，这导致了钙钛矿薄膜的p型掺杂，这是实现设备效率显著提高的关键。这种独特的工艺因此标志着一种基础性的突破，从根本上改变了可再生能源范式。然而，这项研究的胜利不仅仅局限于效率领域。该团队的冠军设备不仅在反向扫描中展示了25.86%的PCE，超越了以往的阈值，而且表现出了卓越的稳定性，在经过1000小时的光老化后仍保持了96.6%的初始效率。这项成就解决了钙钛矿太阳能电池技术中的一个主要挑战——效率和稳定性之间的平衡，并为未来旨在优化这两个重要方面的研究提供了有价值的基础。在这项开创性研究的核心是Enlitech的QE-R精密测量设备的精确利用。这种先进的设备为团队提供了准确的读数，使他们能够仔细评估他们的新方法的结果。选择Enlitech的QE-R设备，这种以精度和可靠性闻名的设备，强调了顶级资源在实现突破性成果中的重要性。此外，研究人员深入探究了p-钙钛矿/ITO界面的复杂能带对齐。通过应用紫外光电子能谱（UPS），他们阐明了促进空穴提取的带弯曲现象，这是实现高性能太阳能电池的关键过程。实验揭示了二甲基氨基基团掺杂剂以及与铅离子形成的分子复合物修改ITO基板的功函数，从而获得了有利于高效空穴提取的能带对齐。除了提高效率和稳定性外，研究团队还解决了钙钛矿太阳能电池中常见的滞后效应挑战。通过采用分子挤压技术和精确的掺杂工程，他们显著降低了滞后效应，从而使设备性能更加可靠和可重复。这一突破为实际应用和商业化钙钛矿太阳能电池提供了巨大的潜力，因为它解决了阻碍其广泛应用的主要障碍之一。此外，研究团队对电荷载流子动力学的详尽研究揭示了他们的钙钛矿太阳能电池性能异常出色的机制。通过各种分析技术，包括电荷密度差和Bader电荷分析，他们揭示了钙钛矿薄膜内电荷的重新分布，这归功于有效的分子掺杂策略。这种重新分布导致了提高空穴提取效率和提高整体设备性能的效果。总之，这项开创性的研究代表了钙钛矿太阳能电池领域的重大进展，实现了25.39%的创纪录效率和卓越的稳定性。分子掺杂工艺结合创新的分子挤压技术为实现对设备性能和稳定性的前所未有的控制铺平了道路。Enlitech的QE-R精密测量设备的利用对于准确评估制造的设备的光电性质起到了至关重要的作用。这一非凡成就将我们更接近实现钙钛矿太阳能电池的全部潜力，推动我们迈向由清洁、可再生能源驱动的未来。分离ITO表面的Pb 4f（a），I 3d （b）和P 2p （c）的XPS光谱来自ITO/DMAcPA/钙钛矿（蓝色）和ITO/钙钛矿（DMAcPA）（红色）样品两种钙钛矿薄膜埋底面XPS图 S26.Pb 4f（a）、I 3d （b）和调查（c）的XPS光谱，在底部检测到原始（红色）和DMAcPA掺杂（蓝色）钙钛矿薄膜的表面，与正文中报导了制造过程。 Pb结合能的红移在钙钛矿的埋藏底面检测到（图。S26a）也可以表示O–Pb与键削弱了主流Pb-I共价键的结合能和这里解释了Pb的红移。 S26b），它可以是归因于P-O-H–I的氢键，这已经得到了很好的讨论和通过上述H NMR信号的下场化学位移进行检查（图3A）。