基于Cu2O模板法可控制备TiO2空心纳米球及其自驱动紫外光探测器的高性能应用

为解决传统紫外光探测器(UVPD)依赖外部电源、制备工艺复杂的问题，研究人员通过Cu2O模板法成功制备了具有粗糙表面的TiO2空心纳米球(HNSs)，并构建了自驱动UVPD。该器件在零偏压下实现5.01×1010 Jones的高探测率与68.5 ms的快速响应，循环稳定性达99.77%，为低功耗紫外探测技术提供了新思路。

　　

在当今社会，紫外光探测器(UVPD)在军事监测、环境预警和医疗诊断等领域发挥着关键作用。然而，传统基于GaN、SiC等宽禁带半导体的UVPD不仅需要复杂的高温真空工艺，还严重依赖外部电源，这极大限制了其在便携式设备中的应用。与此同时，虽然氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO₂)等氧化物半导体因其溶液法制备优势受到关注，但如何实现兼具高响应速度与优异稳定性的自驱动UVPD仍是巨大挑战。

针对这一难题，哈尔滨师范大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表了一项创新研究。他们巧妙利用室温合成的Cu₂O纳米球(NSs)作为牺牲模板，通过液相沉积法在其表面直接生长TiO₂薄膜，最终获得直径500 nm、壳厚50 nm的TiO₂空心纳米球(HNSs)。这种独特的粗糙表面结构为光捕获和载流子传输提供了理想平台。

研究采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征材料结构，通过光电测试系统评估器件性能。关键发现包括：模板法合成的TiO₂ HNSs具有锐钛矿晶型；构建的自驱动UVPD在365 nm紫外光照下表现出5.01×10¹⁰ Jones的探测率，响应/衰减时间仅68.5/115.3 ms；经过100次循环后光电流仍保持初始值的99.77%，证实了卓越的稳定性。更引人注目的是，该器件成功应用于高保真光学通信和高对比度成像系统，展现出实际应用潜力。

在机理探讨部分，研究人员提出TiO₂ HNSs的优异性能源于三大因素：三维空心结构增大了光吸收路径；纳米颗粒组成的粗糙表面促进了载流子分离；内部空腔加速了电解质扩散。这些特性共同实现了无需外置电源的高效光电转换。

这项研究的意义在于：开发了低温溶液法制备TiO₂ HNSs的简易路线，突破了传统模板法的高温限制；首创将TiO₂ HNSs应用于自驱动UVPD，其性能指标显著优于已报道的1D纳米结构器件；为下一代低功耗紫外探测系统提供了材料设计与器件集成的完整解决方案。正如通讯作者Shiyong Gao强调的，该工作"不仅推动了纳米结构TiO₂在光电领域的基础研究，更为柔性电子、物联网传感器等新兴领域提供了关键技术储备"。