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  導(dǎo)電聚合物（如聚（3,4-乙撐二氧硒吩）（PEDOS）、聚（3,4-乙撐二氧噻吩）（PEDOT）），憑借其快速的空穴遷移速率，出色的紫外光吸收能力和高穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能領(lǐng)域。其中PEDOS具有良好的氧化還原特性和光學(xué)特性，其光學(xué)帶隙為1.4eV，這主要是得益于硒原子具有優(yōu)異的極化性和較高的載流子遷移率。P（TTh-co-EDOT）是一種由三噻吩（TTh）和EDOT組成的共聚物，兼具優(yōu)異的光吸收性能和電導(dǎo)率。利用上述導(dǎo)電聚合物改性TiO₂納米陣列構(gòu)建p-n異質(zhì)結(jié)，能夠實(shí)現(xiàn)無外偏壓條件下的優(yōu)異光電性能，為高性能自供電紫外光探測器的開發(fā)提供了有機(jī)-無機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)的創(chuàng)新方案。

  在此背景下，新疆大學(xué)吐爾遜·阿不都熱依木教授團(tuán)隊(duì)在國家自然科學(xué)基金和新疆大學(xué)“碳基能源資源化學(xué)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”的資助下，在自供電紫外光探測器的開發(fā)方面有了一定的積累（Carbon, 2025, 242, 120470. Journal of Alloys and Compounds, 2025, 1017, 179201. ACS Applied Polymer Materials, 2024, 6, 8, 4378-4393. Chemical Engineering Journal, 2023, 477, 146762. Carbon, 2023, 204, 387-397. Journal of Alloys and Compounds, 2023, 960, 170849）。其中，研究開發(fā)了基于導(dǎo)電聚合物/TiO₂納米陣列的自供電紫外光探測器，該探測器在紫外光探測領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：

1.唐新生，如仙古麗·加瑪力，吐爾遜·阿不都熱依木^*：熱釋電效應(yīng)增強(qiáng)了TiO₂ NRs/BiOCl// PEDOS異質(zhì)結(jié)在紫外光電探測器中的性能

  2024年4月2日，吐爾遜·阿不都熱依木教授課題組在《Chemical Engineering Journal》（中科院一區(qū)Top）在線發(fā)表題為“PPyro-phototronic effect enhanced the performance of TiO₂ NRs/BiOCl//PEDOS heterojunction for a UV photodetector”的研究論文，本文第一作者為2021級碩士唐新生，通訊作者為吐爾遜·阿不都熱依木，通訊單位為新疆大學(xué)。

圖1. 器件組裝及材料能帶結(jié)構(gòu)示意圖

  摻雜貴金屬、非金屬和金屬離子可改變 TiO₂ 的電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，從而降低其帶隙值，擴(kuò)大光響應(yīng)范圍，減少載流子重組的機(jī)會(huì)，從而提高光電性能。因此，該團(tuán)隊(duì)提出通過面對面組裝構(gòu)建有機(jī)-無機(jī)異質(zhì)結(jié)紫外（UV）光電探測器（PD）的方法（圖1）。通過旋涂方法將BiOCl旋涂在二氧化鈦納米棒（TiO₂ NRs）表面，制備了TiO₂ NRs/BiOCl。兩者的協(xié)同作用提高了載流子傳輸效率，增強(qiáng)了紫外光電探測器的性能。TiO₂ NRs/BiOCl和PEDOS形成了p-n異質(zhì)結(jié)，產(chǎn)生了內(nèi)置電場，提高電子-空穴對分離的效率。此外，由于BiOCl的熱釋電效應(yīng)，以及Se與Cl離子結(jié)合后增強(qiáng)了器件的光敏性，電子從PEDOS注入BiOCl，促進(jìn)了光生電子-空穴對的分離。TiO₂ NRs/BiOCl 表面的氧空位吸附氧分子，起到電子捕獲劑的作用，導(dǎo)致電子-空穴對復(fù)合率下降，從而降低了紫外光探測器的暗電流。圖2表明，在偏壓為0 V、波長為365 nm的光照條件下，與TiO₂ NRs/BiOCl//TiO₂ NRs/BiOCl相比，TiO₂ NRs/BiOCl//PEDOS異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出快速的光響應(yīng)，上升時(shí)間為0.0802 s，下降時(shí)間為79.8 ms。響應(yīng)率從11.0 mA/W 顯著提高到108.8 mA/W（增強(qiáng)了10 倍）。檢測能力從0.67 × 10¹¹ Jones 提高到1.25 × 10¹¹ Jones。實(shí)現(xiàn)了對TiO₂基自供電紫外光探測性能的調(diào)控。這項(xiàng)研究對于理解BiOCl增強(qiáng)紫外光探測器的光電探測的機(jī)理具有重要意意義。

圖2. 在0.32 mw/cm²紫外光強(qiáng)度（365 nm）下，（a）TiO₂ NRs/BiOCl//PEDOS的電流-時(shí)間（I-T）曲線；（b）局部放大的I-T曲線；（c）電流-電壓（I-V）曲線；（e）塔菲爾曲線；不同紫外光強(qiáng)度與（f）電流，（g）響應(yīng)度，（h）探測度的關(guān)系；（i-m）不同紫外光密度下UV PD的溫度變化

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150940

2. 唐新生，張虎軍，如仙古麗·加瑪力，吐爾遜·阿不都熱依木^*：基于P (TTh-co-EDOT) 共聚物敏化的TiO?納米陣列的高性能自供電紫外光探測器

  2024年1月，吐爾遜·阿不都熱依木教授課題組在《Surfaces and Interfaces》（中科院二區(qū)）在線發(fā)表題為“High performance self-powered ultraviolet photodetectors based on P(TTh-co-EDOT) copolymer sensitized TiO₂ NRs”的研究論文。本文第一作者為2021級碩士唐新生，通訊作者為吐爾遜·阿不都熱依木，通訊單位為新疆大學(xué)。

圖3. 復(fù)合材料的制備工藝和器件組裝示意圖

  該團(tuán)隊(duì)采用一步水熱法合成了TiO₂納米陣列（NRs），結(jié)合P（TTh-co-EDOT）實(shí)現(xiàn)了高性能的p-n異質(zhì)結(jié)的UV PD，并首次評估了P（TTh-co-EDOT）作為 UV PD中的感光層（圖3）。P（TTh-co-EDOT）是一種由三噻吩（TTh）和EDOT組成的共聚物，兼具優(yōu)異的光吸收性能和電導(dǎo)率。TTh單元提供了良好的光吸收能力，而EDOT單元?jiǎng)t增強(qiáng)了聚合物的電導(dǎo)率和熱電效應(yīng)。此外，基于能帶理論，詳細(xì)討論了紫外局部發(fā)射自供電的工作機(jī)理。在TiO₂ NRs表面應(yīng)用不同的電化學(xué)沉積循環(huán)TTh-co-EDOT形成p-n異質(zhì)結(jié)，以達(dá)到最佳光電性能。研究發(fā)現(xiàn)，基于3個(gè)沉積循環(huán)的TiO₂ NRs和P（TTh-co-EDOT）面對面制備的最佳UV PD在不施加任何外部電壓的情況下表現(xiàn)出光電性能的增強(qiáng)。得益于TiO₂ NRs/P（TTh-co-EDOT）界面增強(qiáng)的內(nèi)置電場，平衡了光生載流子和自功率模式下的電荷分離和傳輸TiO₂ NRs/P（TTh-co-EDOT）-3C 的響應(yīng)度和檢測率分別為2.252 mA/W和3.413 × 10¹⁰ Jones，上升和下降時(shí)間分別為0.256/0.427 s，表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能和穩(wěn)定性（圖4）。 TiO₂ NRs/P（TTh-co-EDOT）-1C的響應(yīng)度 （0.0995 mA/W） 和檢測率（6.035 × 109 Jones）最低，TiO₂ NRs/P（TTh-co-EDOT）-4C 的上升和下降時(shí)間最長 （0.460/0.451 s）。這些結(jié)果表明，TiO₂ NRs/P（TTh-co-EDOT）在開發(fā)高性能UV PD方面具有巨大的潛力。

圖4. TiO₂ NRs/P(TTh-co-EDOT) 共聚物異質(zhì)結(jié)在不同沉積周期下的I-T曲線。（a）1C；（b）2 C；（c）3C；（d）4C；（e）5C；（f）不同沉積周期下的I-T曲線。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.surfin.2023.103802

【作者介紹】

  吐爾遜·阿不都熱依木：博士生導(dǎo)師，新疆大學(xué)化學(xué)學(xué)院二級教授，高分子化學(xué)與物理學(xué)科負(fù)責(zé)人。研究聚焦于高分子結(jié)構(gòu)調(diào)控與高性能化，致力于將高分子材料應(yīng)用于能源、環(huán)境與催化轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵領(lǐng)域，具體研究方向包括開發(fā)用于高效能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換器件的高分子復(fù)合材料、研發(fā)高性能通用高分子材料改性技術(shù)、設(shè)計(jì)用于環(huán)境污染物檢測吸附與降解的功能高分子材料，以及開發(fā)用于綠色高效催化轉(zhuǎn)化過程的新型高分子基催化劑或載體。至今以第一/通訊作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., J. Hazard. Mater, Carbon, Small, Compos. part B: Eng., Talanta, J. Power Sources, J. Colloid Interface Sci.等刊物上發(fā)表SCI論文近150余篇，論文被引用2800余次，H指數(shù)28。研究成果分別獲新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、新疆大學(xué)第九屆科學(xué)研究優(yōu)秀成果一等獎(jiǎng)、新疆大學(xué)第一屆自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，第十四屆疆維吾爾自治區(qū)優(yōu)秀論文三等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。

  如仙古麗·加瑪力：碩士生導(dǎo)師，新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授。主要從事高分子材料的高性能化與復(fù)合改性。至今以第一/通訊作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., Carbon, Small, Compos. Sci. Technol, J. Energy Storage, Constr. Build. Mater., Int. J. Biol. Macromol., Appl. Surf. Sci.等刊物上發(fā)表SCI論文115余篇，論文被引用1900余次，H指數(shù)24。

  唐新生：新疆大學(xué)化學(xué)學(xué)院2021級碩士研究生，師從吐爾遜·阿不都熱依木教授。研究方向?yàn)榛?PEDOS 和改性TiO₂納米陣列的自供電紫外光探測器的構(gòu)筑及性能研究。至今以第一作者在Chem. Eng. J., Carbon, Surf.Interfaces, J. Alloys Compd., ACS Appl. Polym. Mater.等刊物上發(fā)表SCI論文5篇，發(fā)明專利1項(xiàng)：2023112323135。主持并完成新疆維吾爾自治區(qū)研究生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)，曾榮獲新疆大學(xué)優(yōu)秀研究生、新疆大學(xué)優(yōu)秀研究生標(biāo)兵、自治區(qū)研究生學(xué)業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金、國家獎(jiǎng)學(xué)金等多項(xiàng)榮譽(yù)，現(xiàn)就讀于南京大學(xué)2024級化學(xué)博士研究生。