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单原子厚度的磷/砷合金带可以改善电池、太阳能电池和传感器
来源:伦敦大学学院 发表于 2023/10/7

资料来源:《美国化学学会杂志》(2023)。doi: 10.1021 / jacs.3c03230


伦敦大学学院的研究人员发明了一种由磷和砷合金制成的单原子厚度的带状材料,这种材料可以显著提高电池、电容器和太阳能电池等设备的效率。


该研究小组于2019年发现了磷纳米带。据预测,这种“神奇材料”将改变从电池到生物医学传感器的各种设备,并已被用于延长锂离子电池的寿命和提高太阳能电池的效率。


然而,纯磷材料的导电性不是很好,阻碍了它们在某些应用中的使用。


在发表在《美国化学学会杂志》上的这项新研究中,研究人员创造了由磷和微量砷制成的纳米带,他们发现这种纳米带能够在-140°c以上的温度下导电,同时保留了纯磷带的高度有用的特性。


作者亚当·克兰西博士(ucl化学)说:“早期的实验工作已经显示了磷纳米带的非凡前景,这是我们ucl团队在2019年创造的。例如,在2021年,有研究表明,将纳米带作为一层添加到钙钛矿太阳能电池中,可以让电池利用更多来自太阳的能量。


“我们在磷纳米带与砷合金方面的工作开辟了进一步的可能性,特别是改善电池和电容器的能量储存,以及增强医学中使用的近红外探测器。


“砷磷带也被证明是磁性的,我们认为这是来自边缘的原子,这使得它们对量子计算机也有潜在的兴趣。”


“更广泛地说,这项研究表明,合金是一种强大的工具,可以控制这种不断增长的纳米材料家族的性能,从而应用和潜力。”研究人员表示,同样的技术可以用来制造将磷与其他元素如硒或锗结合在一起的合金。


为了在锂离子或钠离子电池中用作阳极材料,磷纳米带目前需要与碳等导电材料混合。通过添加砷,碳填充物不再是必要的,可以被移除,提高了电池可以储存的能量和充电和放电的速度。


同时,在太阳能电池中,砷磷纳米带可以进一步改善通过器件的电荷流动,提高电池的效率。


这种纳米带可以在液体中大规模生产,然后以低成本批量应用于不同的应用。


磷纳米带是由克里斯·霍华德教授(伦敦大学学院物理与天文学)领导的跨学科团队在伦敦大学学院发现的。自2014年分离出二维磷烯片以来,已有100多项理论研究预测,通过制造这种材料的窄带,可能会出现新的令人兴奋的特性。

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