楚盛教授研究组在半导体异质结构的光电催化裂解水与太赫兹辐射源研究取得进展

       自研究者发现InN是窄的直接带隙半导体材料(禁带宽度为0.7eV)后,InN在众多Ⅲ氮族半导体材料中脱颖而出,再加上其具有高光吸收率、高理论迁移率(~14000 cm2/VS)等特性而备受材料界关注。但是由于InN与蓝宝石、Si(111)和GaN等衬底之间存在较大的晶格及热膨胀系数的失配等原因,InN是世界公认的难以制备的薄膜材料。

      楚盛教授研究组通过使用晶格失配小的ZnO单晶作为基底,用CVD法生长了InN纳米金字塔阵列。并将该结构应用于光电催化裂解水制备氧气和氢气,实验结果表明在可见光照照射情况下,InN/ZnO工作电极在1.0 V vs. RHE偏压下的阳极电流值提高20-30 µA·cm-2。并且InN/ZnO光阳极产氢量为0.56 µmol cm-2 h-1,5小时后产氢量仍然稳定,同样条件下ZnO单晶的产氢量仅为0.02 µmol cm-2 h-1,说明InN/ZnO材料作为光阳极材料具有优异的催化活性与良好的稳定性。最后,用DFT计算了InN/ZnO不同晶面的过渡态活化能与氧脱附能、结果表明纳米金字塔[11-2-2]面(即倾斜面)具有最低的过渡态活化能和最低氧脱附能,进一步揭示了在光电催化裂解水过程中,InN[11-2-2]面作为催化活性中心。相关成果于近日在线出版在国际纳米科学重要学术刊物Small DOI: 10.1002/smll.201703623)。

                                           

       此外,课题组利用该InN/ZnO结构进行了太赫兹波源领域的研究,楚盛教授研究组提出形貌调制出耦合和p型掺杂InN纳米材料设计太赫兹辐射源,实现了0.5 THz辐射且辐射效率比InAs纳米薄膜的太赫兹辐射源效率提高9倍,并用Comsol multiphysics 4.3模拟进一步分析了辐射机理。相关成果已经发表于Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201700178)。

       该课题组的研究得到国家自然科学基金项目和中山大学相关项目的资助,以及光电材料与技术国家重点实验室以及钟定永教授团队的支持。

 

 

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