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  導電聚合物（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，被廣泛應用于能量轉換和儲能領域。其中PEDOS具有良好的氧化還原特性和光學特性，其光學帶隙為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率。利用上述導電聚合物改性TiO₂納米陣列構建p-n異質結，能夠實現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-無機雜化異質結的創(chuàng)新方案。

  在此背景下，新疆大學吐爾遜·阿不都熱依木教授團隊在國家自然科學基金和新疆大學“碳基能源資源化學與利用國家重點實驗室”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域具有應用潛力。主要研究內容和結論如下：

1.唐新生，如仙古麗·加瑪力，吐爾遜·阿不都熱依木^*：熱釋電效應增強了TiO₂ NRs/BiOCl// PEDOS異質結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。

圖1. 器件組裝及材料能帶結構示意圖

  摻雜貴金屬、非金屬和金屬離子可改變 TiO₂ 的電子結構和物理性質，從而降低其帶隙值，擴大光響應范圍，減少載流子重組的機會，從而提高光電性能。因此，該團隊提出通過面對面組裝構建有機-無機異質結紫外（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，增強了紫外光電探測器的性能。TiO₂ NRs/BiOCl和PEDOS形成了p-n異質結，產生了內置電場，提高電子-空穴對分離的效率。此外，由于BiOCl的熱釋電效應，以及Se與Cl離子結合后增強了器件的光敏性，電子從PEDOS注入BiOCl，促進了光生電子-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，導致電子-空穴對復合率下降，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異質結表現出快速的光響應，上升時間為0.0802 s，下降時間為79.8 ms。響應率從11.0 mA/W 顯著提高到108.8 mA/W（增強了10 倍）。檢測能力從0.67 × 10¹¹ Jones 提高到1.25 × 10¹¹ Jones。實現了對TiO₂基自供電紫外光探測性能的調控。這項研究對于理解BiOCl增強紫外光探測器的光電探測的機理具有重要意意義。

圖2. 在0.32 mw/cm²紫外光強度（365 nm）下，（a）TiO₂ NRs/BiOCl//PEDOS的電流-時間（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；不同紫外光強度與（f）電流，（g）響應度，（h）探測度的關系；（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。

圖3. 復合材料的制備工藝和器件組裝示意圖

  該團隊采用一步水熱法合成了TiO₂納米陣列（NRs），結合P（TTh-co-EDOT）實現了高性能的p-n異質結的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率。TTh單元提供了良好的光吸收能力，而EDOT單元則增強了聚合物的電導率和熱電效應。此外，基于能帶理論，詳細討論了紫外局部發(fā)射自供電的工作機理。在TiO₂ NRs表面應用不同的電化學沉積循環(huán)TTh-co-EDOT形成p-n異質結，以達到最佳光電性能。研究發(fā)現，基于3個沉積循環(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出光電性能的增強。得益于TiO₂ NRs/P（TTh-co-EDOT）界面增強的內置電場，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 的響應度和檢測率分別為2.252 mA/W和3.413 × 10¹⁰ Jones，上升和下降時間分別為0.256/0.427 s，表現出優(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 的上升和下降時間最長 （0.460/0.451 s）。這些結果表明，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) 共聚物異質結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：博士生導師，新疆大學化學學院二級教授，高分子化學與物理學科負責人。研究聚焦于高分子結構調控與高性能化，致力于將高分子材料應用于能源、環(huán)境與催化轉化等關鍵領域，具體研究方向包括開發(fā)用于高效能源存儲與轉換器件的高分子復合材料、研發(fā)高性能通用高分子材料改性技術、設計用于環(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28。研究成果分別獲新疆維吾爾自治區(qū)自然科學一等獎、新疆大學第九屆科學研究優(yōu)秀成果一等獎、新疆大學第一屆自然科學二等獎，第十四屆疆維吾爾自治區(qū)優(yōu)秀論文三等獎等獎勵。

  如仙古麗·加瑪力：碩士生導師，新疆大學化學化工學院教授。主要從事高分子材料的高性能化與復合改性。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24。

  唐新生：新疆大學化學學院2021級碩士研究生，師從吐爾遜·阿不都熱依木教授。研究方向為基于 PEDOS 和改性TiO₂納米陣列的自供電紫外光探測器的構筑及性能研究。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：2023112323135。主持并完成新疆維吾爾自治區(qū)研究生創(chuàng)新計劃項目1項，曾榮獲新疆大學優(yōu)秀研究生、新疆大學優(yōu)秀研究生標兵、自治區(qū)研究生學業(yè)獎學金、國家獎學金等多項榮譽，現就讀于南京大學2024級化學博士研究生。