采用共沉淀法结合煅烧工艺制备La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃钙钛矿结构高熵陶瓷粉体, 显著降低了材料的合成温度。采用不同手段对其进行物相及形貌表征, 研究结果表明, 当煅烧温度为800 ℃时, 样品已经形成钙钛矿结构, 但有少量第二相; 当煅烧温度为1000 ℃时, La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃陶瓷粉体形成了纯钙钛矿结构。以La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃为电极材料制成工作电极, 采用三电极体系对工作电极进行电学性能测试, 包括循环伏安(CV)及恒流充放电(GCD)测试, 结果显示该电极材料在1 A/g电流密度下具有154.8 F/g的比容量;当电流密度增大到10 A/g时, 该电极材料仍然能保持初始比容量的47%(73 F/g), 说明La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵陶瓷具有较好的倍率性能。

全无机钙钛矿纳米晶具有窄发射、高量子效率及较高的载流子迁移率等优点, 在高清柔性显示器和太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。然而, 钙钛矿纳米晶的表面配体处于高度动态结合的状态, 容易在分离和提纯等过程中造成大量配体缺失, 从而导致量子效率和稳定性下降。此外, 钙钛矿材料本身的离子晶体特性使其对极性溶剂非常敏感, 这些问题严重制约了钙钛矿纳米晶在光电器件中的实际应用。本文从钙钛矿纳米晶表面态出发, 结合国内外的研究工作, 分析了路易斯酸、路易斯碱及表面包覆策略对钙钛矿纳米晶光学性质和稳定性的影响, 并对进一步优化提升钙钛矿纳米晶的稳定性进行了展望。

电子传输层是钙钛矿太阳能电池的关键部分, 起到阻挡空穴、传输电子和减少电子空穴复合的作用。本研究采用低温溶液法制备SnO₂薄膜作为钙钛矿电池的电子传输层, 研究SnO₂的退火温度对电子传输层微观形貌、物理性能以及钙钛矿太阳能电池性能的影响。结果表明: 当退火温度为60、90、120和240 ℃时, SnO₂薄膜表面存在较多的孔隙; 而退火温度为150、180和210 ℃时, 薄膜表面孔隙较少。在实验温度下, 制备的SnO₂薄膜为四方相, FTO玻璃上涂覆SnO₂薄膜后其透过率要优于空白FTO玻璃的透过率。当SnO₂退火温度为180 ℃时, 薄膜的电子迁移率最高, 钙钛矿电池具有最佳的传输电阻和复合电阻, 所得电池的性能最优, 其光电转换效率为17.28%, 开路电压为1.09 V, 短路电流为20.91 mA/cm², 填充因子为75.91%。

本研究利用固相反应法合成了一系列镧取代La_xSr_2-3x/2Fe_1.5Ni_0.1Mo_0.4O_6-δ (La_xSFNM, x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)钙钛矿陶瓷材料, 并研究其作为固体氧化物燃料电池阳极的电化学性能。X射线衍射(XRD)测试表明合成的粉末具有立方钙钛矿结构。在高温下利用氢气还原La_xSFNM样品, 发现其晶粒表面析出纳米尺度的Fe-Ni合金颗粒, 并且偏析纳米颗粒的密度随着La ³⁺掺杂量的增加而显著降低。在对称电池阻抗测试中, 随着La ³⁺掺杂量的增加, 阳极极化阻抗逐渐降低, 掺入量为0.3时阻抗达到最小值。La_0.3SFNM对称电池在750 ℃下极化阻抗仅为0.16 W?cm ², 进一步增加掺杂量时, La_0.4SFNM对称电池极化阻抗增加至0.17 W?cm ²。La_0.3SFNM材料良好的电极反应催化活性源于适当分布的Fe-Ni合金纳米偏析颗粒与La_xSFNM陶瓷基体的共同作用。利用流延法制备一系列以La_xSFNM为阳极、SmBa_0.5Sr_0.5Co₂O₆为阴极、LSGM为电解质的单电池, 使用氢气作为燃料时, La ³⁺掺杂量x=0.3的单电池表现出最高的功率密度, 在750、650和550 ℃时峰值功率密度可达1.26、0.90和0.52 W·cm ^-2。上述结果表明, La_0.3Sr_1.55Fe_1.5Ni_0.1Mo_0.4O_6-δ可以用作高性能SOFC阳极催化剂。

CsPbBr₃钙钛矿量子点在水中的不稳定性一直是限制其应用的关键因素。本工作采用钛酸四丁酯水解结合煅烧的方法在CsPbBr₃表面包覆TiO₂保护层, 制备了一种具有良好水稳定性和光催化活性的CsPbBr₃@TiO₂核壳结构纳米复合材料。所合成的CsPbBr₃钙钛矿量子点尺寸约为8 nm, 包覆层为不完全结晶的TiO₂, 其厚度约为20 nm。采用在可见光下降解水中有机污染物罗丹明B表征了CsPbBr₃@TiO₂复合材料的光催化性能。结果表明, CsPbBr₃@TiO₂复合材料的光催化性能远优于纯TiO₂和CsPbBr₃钙钛矿量子点。光电流测试结果表明, CsPbBr₃和TiO₂形成的异质结构能够促进光生载流子的分离, 从而提升CsPbBr₃@TiO₂复合材料光催化性能。更重要的是, TiO₂可以作为CsPbBr₃的保护层将CsPbBr₃和水分隔开来, 使得CsPbBr₃@TiO₂复合材料具有很好的水稳定性。经过光催化降解污染物之后, 回收的CsPbBr₃@TiO₂复合材料的形貌、发光和光催化性能保持不变。

金属卤化物钙钛矿量子点(QDs)具有良好的光电性质, 是一种潜在的光催化剂材料。但是, 它的稳定性较差, 并且电荷传输效率不足, 阻碍了其在光催化领域的应用。本工作将CsPbBr₃量子点装饰在二维超薄g-C₃N₄纳米片(UCN)上, 制备了0D/2D CsPbBr₃/UCN复合光催化剂。引入UCN不仅可以通过钝化CsPbBr₃ 量子点的表面配体来提高CsPbBr₃量子点的稳定性, 而且两者的能带匹配还可以促进两种材料之间的电荷转移。 因此, 所制备的CsPbBr₃/UCN异质结构比单纯的CsPbBr₃量子点和UCN具有更优越的光催化性能, 这为设计具有高稳定性和光催化活性的基于CsPbX₃的异质结构提供了有效的策略。

固态氧化物电解池(SOECs)因较高的能量转化效率在电化学还原CO₂, 实现“碳中和”社会方面备受关注。与非对称电池结构相比, 对称SOECs的空气极和燃料极是相同或相近的材料, 可以减少界面种类, 改善电极与电解质的热膨胀匹配性, 简化电池的制备工艺。本研究合成了钙钛矿氧化物La_xSr_2-xFe_1.5Ni_0.1Mo_0.4O_6-δ (L_xSFNM, x=0.1、0.2、0.3、0.4), 作为固体氧化物电解池的对称电极用于评估纯CO₂的电化学还原性能。掺入La³⁺可以有效提高反应催化活性, 其中L_0.3SFNM为电极的电解池表现出最高的电化学性能, 800 ℃下, 在空气中的极化电阻为0.07 Ω∙cm², 在50% CO-50% CO₂中的极化电阻为0.62 Ω∙cm²。单电池L_0.3SFNM@LSGM|LSGM|L_0.3SFNM@LSGM在800 ℃和1.5 V电压下的电解电流密度为1.17 A∙cm^-2, 在初始的50 h CO₂短期电解测试中表现出优异的稳定性, 是一种理想的对称电极材料。

光致形变材料在光致驱动器和传感器等光机电领域有重要的应用前景。本研究采用放电等离子体烧结法制备了Ni掺杂Na_0.5Bi_0.5TiO₃-BaTiO₃(NBT-BT)陶瓷材料Na_0.5Bi_0.5TiO₃-Ba(Ti_0.5Ni_0.5)O₃ (NBT-BNT)。进一步研究发现样品在405、520及655 nm波长激光照射下均表现出10 ^-3数量级的光致形变响应, 其光致形变系数达到10 ^-11 m ³/W。通过研究NBT-BNT陶瓷在外加光源照射下的原位X射线衍射图谱, 发现所有衍射峰在可见光照射下均发生小角度的偏移, 说明光照引起的材料晶格畸变是NBT-BNT材料光致形变效应的主要原因。

近年来钙钛矿材料因其优异的光电性能而成为光伏领域的研究热点, 但调控钙钛矿太阳电池内界面缺陷仍是亟需解决的关键问题之一。本研究在溶液两步法制备钙钛矿光吸收层的过程中引入有机小分子添加剂(L-3-(4吡啶基)-丙氨酸(L-3-(4-pyridyl)-alanine, (PLA))。测试结果显示引入PLA可提高器件的各光电性能参数, 含PLA器件的最优能量转换效率为21.53%, 而参照器件为20.10%。进一步研究表明引入PLA可延长荧光寿命, 降低器件的陷阱态密度(从5.59×10¹⁶cm^-3降至3.40×10¹⁶cm^-3), 促进界面电荷抽取, 抑制载流子复合。器件性能的提升是由于PLA促进PbI₂在钙钛矿薄膜晶界处富集及PLA在界面处锚定起到了钝化缺陷的作用。本研究可以为进一步调控钙钛矿太阳电池的缺陷提供借鉴。