WO?纳米颗粒在增强Tubantin红染料降解中的应用：光催化降解的特性研究与可重复使用性探讨

《Optical Materials》：Application of WO 3 Nanoparticles for the Enhanced Degradation of Tubantin Red Dye: Characterization and Reusability Study for Photocatalytic Degradation

双钙钛矿材料Cs?AgInCl?掺杂Nd3+离子后，通过密度泛函理论计算和光致发光特性分析，证实了Nd3+掺杂可提升材料带隙并抑制非辐射复合，使近红外发光效率提高至25%-40%，电荷提取效率增强。研究为NIR光电器件和生物成像应用提供了新思路。

　　近年来，随着对环保和可持续发展的重视，无铅双钙钛矿（Double Perovskites, DPs）作为一种替代传统铅卤化物钙钛矿（Lead Halide Perovskites, LHPs）的材料，受到了广泛的关注。无铅钙钛矿因其良好的环境稳定性和较低的毒性，被认为是未来在光电子领域应用的重要方向。特别是Cs?AgInCl?这类无铅双钙钛矿，在光电子器件中展现出巨大的潜力。然而，这类材料在光学应用方面存在一定的局限性，主要是其缺乏发光特性，限制了其在光通信、近红外（NIR）探测器、生物成像等领域的应用。

为了克服这一问题，研究者们尝试通过掺杂其他元素来改善Cs?AgInCl?的光学性能。Nd3?离子作为一种典型的稀土元素，具有独特的光学特性，尤其是在近红外区域的发光能力。因此，本研究通过将Nd3?离子掺杂进Cs?AgInCl?双钙钛矿结构中，探索其对材料光致发光（Photoluminescence, PL）性能和电荷提取能力的影响。通过系统的实验分析和理论计算，研究发现Nd3?的掺杂不仅提高了材料的光致发光效率，还改善了其电荷载流子的传输特性。

在实验过程中，研究团队采用了一种经典的热注入法来合成不同Nd3?掺杂浓度的Cs?AgInCl?双钙钛矿样品，分别为x=0、0.125、0.18和0.25，对应的In3?/Nd3?替换比例为0%、12.5%、18%和25%。合成的样品经过了详细的表征，包括晶体结构、能带特性以及光致发光性能等。通过这些表征手段，研究团队能够深入理解Nd3?掺杂对材料性能的影响机制。

在光学性能方面，Nd3?的掺杂显著增强了材料的光致发光能力。实验结果显示，Nd3?掺杂后的样品在近红外区域表现出良好的发光特性，其发光波长发生了蓝移，表明材料的能带结构发生了变化。此外，研究团队还通过时间分辨光致发光（Time-Resolved Photoluminescence, TRPL）和温度依赖光致发光（Temperature-Dependent Photoluminescence, TDPL）分析，进一步验证了Nd3?掺杂对电荷载流子寿命和光电子特性的影响。这些结果表明，Nd3?的掺杂不仅提高了材料的发光效率，还增强了其在光学应用中的稳定性。

从理论计算的角度来看，研究团队利用密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）对Nd3?掺杂后的Cs?AgInCl?双钙钛矿进行了模拟分析。计算结果表明，Nd3?的掺杂导致了材料能带结构的变化，从而增强了其带隙值。这一变化有助于抑制非辐射复合过程，提高材料的发光效率。同时，理论计算还揭示了Nd3?离子在材料中可能起到的能量转移（Energy Transfer, ET）作用，这进一步支持了实验中观察到的发光增强现象。

在电荷载流子动力学方面，Nd3?的掺杂对材料的电荷提取能力产生了积极影响。通过实验测量，研究团队获得了不同掺杂浓度样品的活化能（Ea）值，分别为0.369 eV、0.205 eV和0.33 eV。这些数值表明，Nd3?的掺杂有助于降低材料的电荷复合速率，提高电荷载流子的寿命。此外，Nd3?的引入还改变了材料中的电荷传输路径，使其在光电子器件中具有更高的电荷提取效率。

Nd3?的掺杂不仅提升了Cs?AgInCl?双钙钛矿的光学性能，还为材料在近红外区域的应用提供了新的可能性。由于Nd3?在近红外区域的发光特性，这种材料有望在光通信、光电探测器、夜视设备、生物成像、光子器件以及防伪技术等领域发挥重要作用。此外，Nd3?的掺杂还可能为开发新型的光电器件提供理论依据和实验基础。

在实际应用中，Cs?AgInCl?双钙钛矿因其稳定的化学性质和良好的光电子性能，成为一种有前景的材料。然而，其发光性能的不足一直是制约其应用的关键因素。通过Nd3?的掺杂，研究团队成功地解决了这一问题，使材料在近红外区域表现出优异的发光特性。这不仅拓宽了其应用范围，还为相关领域的研究提供了新的思路和方向。

综上所述，本研究通过系统地合成和表征Nd3?掺杂的Cs?AgInCl?双钙钛矿，揭示了Nd3?在提升材料光学性能和电荷提取能力方面的关键作用。实验和理论分析相结合，为理解Nd3?掺杂对材料性能的影响提供了全面的视角。这些发现不仅有助于进一步优化无铅钙钛矿材料的性能，还为未来在光电子领域的应用提供了重要的理论支持和实验依据。