FTO基底V2O5/石墨烯复合膜的热光-电光双调制特性及其光电应用潜力

本研究针对五氧化二钒(V2O5)导电性差、近红外调制能力弱等问题，通过溶胶-凝胶法制备V2O5/石墨烯复合膜，在400-1600 nm波段实现10.79%（电光）和15.48%（热光）的透射率调制幅度，经100次循环后性能稳定，为集成光电器件和储能系统提供了新型功能材料解决方案。

　　

在光电功能材料领域，五氧化二钒(V₂O₅)因其独特的层状结构和高热焓值备受关注，但本征导电性差和近红外波段调制能力不足严重制约其应用。传统金属离子掺杂虽能改善性能，却存在合成工艺复杂、结构稳定性差等缺陷。针对这一瓶颈问题，研究人员创新性地采用石墨烯这一零带隙二维材料与V₂O₅复合，通过二者的协同效应突破性能限制。

研究团队采用溶胶-凝胶法结合后退火工艺，在氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃上构建V₂O₅/石墨烯复合薄膜，并组装成三明治结构器件。关键技术包括：等离子体清洗去除聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分散剂残留；X射线光电子能谱(XPS)验证元素价态；紫外-可见-近红外分光光度计测试透射率；循环伏安法评估电化学稳定性。

复合膜制备
通过优化V₂O₅与石墨烯1:1的摩尔比，在710 nm波长处获得53.91%的最高透射率。等离子处理有效清除了石墨烯表面PVP残留，SEM显示处理后薄膜呈现均匀多孔结构。

结果与讨论
XRD证实复合膜中V₂O₅保持正交晶系结构，石墨烯的引入未破坏其晶体框架。XPS分析显示V⁵⁺特征峰占主导，证明材料具有良好化学稳定性。在400-1600 nm波段，器件展现出显著的双重调制特性：电光调制幅度达10.79%，热光调制更达15.48%，且100次循环后性能衰减可忽略。

结论
该研究开创性地证明V₂O₅/石墨烯复合膜兼具优异的热光-电光双调制能力和循环稳定性，其透射率调制幅度较传统材料提升约50%。石墨烯的引入不仅提高了载流子迁移率，还通过抑制孔隙率增强了机械强度。这项成果为开发新一代智能窗、光开关和储能器件提供了材料基础，论文发表于《Materials Today Communications》。研究获得教育部重点科研项目（207033）、国家高技术研究发展计划（2006AA03Z348）等多项资助支持。