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Jun 19, 2023

硫化ヨウ化ビスマス (BiSI) ナノロッド: 合成、特性評価、および光検出器への応用

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8800 (2023) この記事を引用 1614 アクセス メトリクスの詳細 スルホヨウ化ビスマス (BiSI) のナノロッドは、比較的低温で合成されました (393

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8800 (2023) この記事を引用

1614 アクセス

メトリクスの詳細

硫化ヨウ化ビスマス (BiSI) のナノロッドは、湿式化学法により比較的低温 (393 K) で合成されました。 BiSI ナノロッドの結晶一次元 (1D) 構造は、高解像度透過顕微鏡 (HRTEM) を使用して確認されました。 材料の形態と化学組成は、それぞれ走査型電子顕微鏡 (SEM) とエネルギー分散型 X 線分光法 (EDS) を適用して検査されました。 BiSI ナノロッドの平均直径は 126(3) nm、長さは 1.9(1) μm と測定されました。 X 線回折 (XRD) により、調製された材料は主要な斜方晶系 BiSI 相 (87%) と少量の六方晶系 Bi13S18I2 相 (13%) からなり、他の残留相は存在しないことが明らかになりました。 拡散反射分光法 (DRS) を使用して、BiSI 膜の直接エネルギー バンド ギャップ 1.67(1) eV を測定しました。 2 種類の光検出器が BiSI ナノロッドから構築されました。 1 つ目は、Au 電極を備えた硬いガラス基板上の BiSI 膜をベースとした従来の光伝導デバイスでした。 単色光 (λ = 488 nm) 照明に対する光電流応答に対する光強度の影響を、一定のバイアス電圧で研究しました。 新しい柔軟な光帯電可能なデバイスは、準備された光検出器の 2 番目のタイプでした。 これは、インジウム錫酸化物 (ITO) 電極でコーティングされたポリエチレン テレフタレート (PET) 基板の間に挟まれた BiSI フィルムとゲル電解質層で構成されていました。 フレキシブルなセルフパワー BiSI 光検出器は、強度 0.127 W/cm2 の光照射下で 68 mV の開路光電圧と 0.11 nA/cm2 の短絡光電流密度を示しました。 これらの結果は、BiSI ナノロッドが自己給電型光検出器や光充電可能なコンデンサーに使用できる可能性が高いことを裏付けました。

スルホヨウ化ビスマス (BiSI) は、無機材料のカルコハライド系に属する三元半導体です 1,2。 BiSI の結晶構造は、斜方晶系 Pnam 空間群によって記述されます 3,4。 この材料は、針状のバルク結晶 5、6、7、一次元 (1D) マイクロロッド 8、9、ナノロッド 10、11、12、13、14、およびナノワイヤー 15 に成長します。 BiSI 結晶は、弱いファンデルワールス相互作用によって結合した [(BiSI)∞]2 二重鎖で構成されています 1,16。 鎖は c 軸、つまり [001] 方向に沿って配向しています 5、13、17。 したがって、この材料は高度に異方性の光学的および電気的特性を備えています。 BiSI は n 型半導体 8,9,18,19 で、エネルギーバンドギャップは 1.5 eV20 から 1.8 eV までの広い範囲で報告されています 15,21,22。 BiSI は、太陽光発電デバイスの効率的な太陽光吸収体と考えられています 8,21。 これは、大きな光伝導ゲインを備えた優れた光伝導体であることが実証されています 17,23。 さらに、電子と正孔の有効質量が小さいため、室温の放射線検出器での使用に有利です1、24。 BiSI も強誘電体材料です 25、26、27。 最近、斜方晶系 BiSI の固有の超低格子熱伝導率が明らかになり、この化合物が熱電応用に有望であることが示唆されました 28。 これまで、BiSI は高性能光検出器 17、太陽電池 2、9、11、13、20、29、30、光電気化学電池 8、19、31、スーパーキャパシタ 3、4、32、33、充電式電池などに使用する優れた材料として報告されています。電池16、室温電離放射線検出器10、12、有機汚染物質の光​​触媒分解15、34、35、および水素生成36。

BiSI は、固体メカノケミカル法 37,38、水熱成長 22,34,35,39、ソルボサーマル合成 10,12,14,18、溶液沈殿法 32、コロイドアプローチ 19、熱分解 20、気相成長 5,6 などのさまざまなアプローチを使用して製造できます。 、および希H2Sガスの存在下での酸素と硫黄のアニオン交換によるオキシヨウ化ビスマス（BiOI）の硫化17,31。 通常、BiSI ナノロッドの合成には、適用される製造方法に応じて、棒状の Bi13S18I218 またはシート状の BiOI32 の副次相の形成が伴います。 Li ら 18 は、BiSI が低い硫黄対ビスマス比で合成できることを実証しました。 このパラメータを大幅に増加すると、BiSI は Bi13S18I2 に変換されます。 前述の製造方法の多くは、ランダムな結晶配向を持つテクスチャード加工された薄膜を形成します40。 一次元 BiSI 微細構造は自然環境でも成長します。 BiSI はデミケライト (I) 鉱物としても知られています。 2010 年にヴルカーノ島 (イタリア) のラ フォッサ クレーターで発見されました 41。