半导体纳米材料因特殊的光电性质及在能源和环境等领域中的巨大潜力而备受关注。目前，研究所涉及的半导体纳米材料大都是晶态的。相对而言，非晶半导体材料理论上在光电器件方面具有很多优势，如更高的比表面积、更高的表面活性和更高的光利用效率等。但非晶半导体纳米材料因合成困难，研究非常有限，这大大限制了非晶半导体材料的发展。

图：非晶ZSGO纳米线的形成过程示意图

近日，同济大学化学科学与工程学院杨金虎教授在非晶半导体纳米材料研究中取得重要进展，相关研究成果发表于国际知名期刊《ACS Nano》上。

杨金虎教授课题组以宽禁带Zn2GeO4（ZGO，禁带宽度4.5eV）为研究对象，发展了一种液相离子交替沉积方法，在制备ZGO纳米线的同时实现了异原子（Si）在ZGO晶胞中不同位置的定点取代。当取代Zn位置时，因为SiIIO4四面体与ZnO4四面体在键长和键角参数上的很大差异（分别达到 20%和7.71%），导致了取代后的纳米线成键网络扭曲，破坏了原ZGO晶体的有序晶格结构，形成了非晶的Zn1.7Si0.3GeO4（ZSGO）纳米线。而当Si取代Ge位置时，因为SiIVO4四面体与GeO4四面体在键长和键角参数上差异较小（分别为6.86%和2.51%），不影响有序晶格结构，形成了晶态的Zn2(GeO4)0.88(SiO4)0.12（ZGSO）纳米线。通过密度泛函数（DFT）计算表明，Si取代后，ZSGO的禁带宽度比取代前ZGO减小，而ZGSO比取代前的禁带宽度增大。因非晶ZSGO纳米线具有更好的光吸收能力、更高的比表面积和反应活性，其在光电催化制氢中表现出了更好的效率。

该研究为非晶半导体纳米材料的可控制备和能带结构调控提供了一个新的方法。

文章链接：

Ting He, et al, "Amorphous Semiconductor Nanowires Created by Site-Specific Heteroatom Substitution with Significantly Enhanced Photoelectrochemical Performance," ACS Nano, Article ASAP, DOI:10.1021/acsnano.6b03801

杨金虎教授简介：

同济大学化学科学与工程学院教授，Email：yangjinhu@tongji.edu.cn

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研究方向：纳米能源材料、光电复合材料。主要包括：无机纳米晶体及其异质结构的可控生长和组装机制；锂/钠电池、超级电容器用的新型结构电极材料；环境净化和检测技术相关的光催化材料和传感材料。

（本文信息来源：同济大学网站；由e科网整理编辑）

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