近期，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究人員成功實現(xiàn)了一系列多元硫?qū)倩衔锛{米晶的物相與能帶調(diào)控，材料展現(xiàn)出良好的電催化、熱電、介電及近紅外吸收性能。

多元硫?qū)倩衔镌?a href="http://www.yiguxuan.cn/news/search.php?kw=光伏" target="_blank">光伏、熱電、電催化、光熱、非線性光學(xué)、光存儲等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，是近年來的研究熱點。特別是銅鋅錫硫（Cu2ZnSnS4，即CZTS）等材料由于組成元素儲量豐富、無毒，因而在太陽電池、光探測器、熱電轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域展現(xiàn)出非常優(yōu)異的性能。然而，多元硫?qū)倩衔锝?jīng)常伴隨出現(xiàn)二元或者三元的雜相，影響材料性能。在納米晶尺寸可調(diào)控的基礎(chǔ)上，抑制雜相的生成并最終控制材料物相的單一性在合成方法上是極大的挑戰(zhàn)。更為重要的是，多元硫?qū)倩衔镌诠夥?、電催化等不同領(lǐng)域應(yīng)用時需滿足能帶寬度和能帶位置可以在一定范圍內(nèi)調(diào)控，這在材料設(shè)計上是一個挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題。

固體所葉長輝研究員領(lǐng)導(dǎo)的課題組成員采用熱注入法，通過控制反應(yīng)動力學(xué)過程，獲得了尺寸均一、物相單一的銀鉍硫（AgBiS2）與銅銻硫（Cu3SbS3）納米晶。所合成材料具有獨特的介電與近紅外吸收等性能。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在英國皇家化學(xué)會的《晶體工程通訊》(CrystEngComm 15, 7644, 2013和CrystEngComm DOI:10.1039/C3CE41861H)上。

進一步，通過元素可控摻雜，研究人員獲得了從銅鋅錫硫（CZTS）到銅鋅錫硒（CZTSe）的全組分純相納米晶，并通過實驗系統(tǒng)標(biāo)定了銅鋅錫硫硒（CZTSSe）的能帶位置，為其在高效太陽電池（如彩虹電池）和催化體系中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在自然出版集團的《科學(xué)報告》（Scientific Reports 3, 2733, 2013）上，并申請了三項國家發(fā)明專利（201210124738.X、201210156367.3、201210294934.1）。

上述研究得到了國家重大科學(xué)研究計劃、國家自然科學(xué)基金和中科院“百人計劃”項目的資助。

多元硫?qū)倩衔锛{米晶以及CZTSSe能帶調(diào)控譜圖