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2025 Volume 41 Issue 1
2025, 41(1): 230901
doi: 10.3866/PKU.WHXB202309019
Abstract:
硫化物固体电解质具有接近甚至超过液态有机电解质的高室温离子电导率和较好的机械延展性，是一种极具应用潜力的固体电解质。其制备方式主要分为固相烧结法、高能球磨法和液相法三类。其中，固相烧结法和高能球磨法耗时长，能耗高，且合成的电解质颗粒尺寸较大。相比之下，液相法以有机溶剂为介质，可以合成颗粒较小的硫化物固体电解质，工艺简单省时，更适用于规模化生产。有鉴于此，本文总结了近年来液相法制备硫化物固体电解质的研究进展，基于原料在溶剂中的溶解状态，分析了悬浮型、溶液型和混合型三种反应类型的反应机理，并进一步探讨了溶剂对电解质纯度、形貌及结晶性的影响。同时，概述了液相法制备的硫化物固体电解质在全固态锂电池中的应用。最后，对硫化物固体电解质液相法合成的优势与局限性进行了全面的分析，以期为该领域的研究提供方向。
硫化物固体电解质具有接近甚至超过液态有机电解质的高室温离子电导率和较好的机械延展性，是一种极具应用潜力的固体电解质。其制备方式主要分为固相烧结法、高能球磨法和液相法三类。其中，固相烧结法和高能球磨法耗时长，能耗高，且合成的电解质颗粒尺寸较大。相比之下，液相法以有机溶剂为介质，可以合成颗粒较小的硫化物固体电解质，工艺简单省时，更适用于规模化生产。有鉴于此，本文总结了近年来液相法制备硫化物固体电解质的研究进展，基于原料在溶剂中的溶解状态，分析了悬浮型、溶液型和混合型三种反应类型的反应机理，并进一步探讨了溶剂对电解质纯度、形貌及结晶性的影响。同时，概述了液相法制备的硫化物固体电解质在全固态锂电池中的应用。最后，对硫化物固体电解质液相法合成的优势与局限性进行了全面的分析，以期为该领域的研究提供方向。
2025, 41(1): 240404
doi: 10.3866/PKU.WHXB202404042
Abstract:
三元正极材料具有较高的放电比容量、倍率性能和工作电压，成为锂离子电池正极材料代表之一。三元正极材料由前驱体经过嵌锂烧结拓扑转变而来，因此，前驱体材料直接决定了三元正极材料的电池性能。针对前驱体可控均匀沉淀需求和对共沉淀过程参数变化极度敏感特性，本综述首先阐述络合调控实现Ni、Co、Mn元素均匀共沉淀，及沉淀物过饱和度诱导溶液体系不同形核状态基本原理，其次从晶面择优生长结合溶解-再结晶模型讨论了前驱体一次颗粒和二次颗粒生长模式，最后从实际生产角度，基本涵盖共沉淀过程所有可调参数，并深入讨论了各种参数由低到高变化对共沉淀反应形核及前驱体材料理化性能的影响。本综述阐释的相关理论及规律可进一步延伸至富锂锰基前驱体、单晶用前驱体以及径向排列织构前驱体等高端产品研发。
三元正极材料具有较高的放电比容量、倍率性能和工作电压，成为锂离子电池正极材料代表之一。三元正极材料由前驱体经过嵌锂烧结拓扑转变而来，因此，前驱体材料直接决定了三元正极材料的电池性能。针对前驱体可控均匀沉淀需求和对共沉淀过程参数变化极度敏感特性，本综述首先阐述络合调控实现Ni、Co、Mn元素均匀共沉淀，及沉淀物过饱和度诱导溶液体系不同形核状态基本原理，其次从晶面择优生长结合溶解-再结晶模型讨论了前驱体一次颗粒和二次颗粒生长模式，最后从实际生产角度，基本涵盖共沉淀过程所有可调参数，并深入讨论了各种参数由低到高变化对共沉淀反应形核及前驱体材料理化性能的影响。本综述阐释的相关理论及规律可进一步延伸至富锂锰基前驱体、单晶用前驱体以及径向排列织构前驱体等高端产品研发。
2025, 41(1): 230904
doi: 10.3866/PKU.WHXB202309042
Abstract:
自首例多重共振热激活延迟荧光(Multiple resonance thermal activation delayed fluorescence，MR-TADF)分子报道至今，其表现出的窄带发射、高发光量子效率等特性在有机电子学，尤其是有机发光二极管(Organic light-emitting diode，OLED)等领域引发了持续的研究热度，迅速成为重点研究对象，并涌现出了众多性能出色的分子和高性能器件。以MR-TADF分子为发光层的器件不断刷新人们对OLED的认知，其中一些采用了超荧光技术所制备的器件性能代表了当今某些光色领域OLED性能的最高值。随着人们对超高分辨率显示器需求的与日俱增，国际电信联盟(ITU)宣布了下一代色域标准，即BT.2020。此标准建立了最宽的显示色域标准，要求单色的原色波长为467、532和630 nm，这个色域非常宽。同时，在如此之宽的色域上实现高分辨率的显示，对器件基元色纯度的要求达到了可谓史无前例的严格。因此，它为显示技术树立了一个具有极大挑战难度的色纯度目标。鉴于以往传统荧光材料难以担当此攻关重任，故而BT.2020的出现给予了MR-TADF分子新的发展机遇，并在很大程度上使得该领域愈发火热起来。近年来，随着大量的研究与实践，MR-TADF分子家族得到了飞速的发展，然而大家讨论和归纳的重点基本都集中在领域整体的发展方面，专门针对分子设计策略所展开的讨论和总结依旧较少，不足以为刚涉足该领域的科研人员提供足够的参考。因此，本文从X-π-X原则，快反向系间窜越过程，窄带发射与高振子强度等方面，阐述了近三年来所报道的MR-TADF分子的设计思路，并对未来可能的设计方向进行了展望，例如将一些不同于传统MR-TADF分子的结构引入这一领域。最后，对今后MR-TADF领域的发展和产业化提出建议。
自首例多重共振热激活延迟荧光(Multiple resonance thermal activation delayed fluorescence，MR-TADF)分子报道至今，其表现出的窄带发射、高发光量子效率等特性在有机电子学，尤其是有机发光二极管(Organic light-emitting diode，OLED)等领域引发了持续的研究热度，迅速成为重点研究对象，并涌现出了众多性能出色的分子和高性能器件。以MR-TADF分子为发光层的器件不断刷新人们对OLED的认知，其中一些采用了超荧光技术所制备的器件性能代表了当今某些光色领域OLED性能的最高值。随着人们对超高分辨率显示器需求的与日俱增，国际电信联盟(ITU)宣布了下一代色域标准，即BT.2020。此标准建立了最宽的显示色域标准，要求单色的原色波长为467、532和630 nm，这个色域非常宽。同时，在如此之宽的色域上实现高分辨率的显示，对器件基元色纯度的要求达到了可谓史无前例的严格。因此，它为显示技术树立了一个具有极大挑战难度的色纯度目标。鉴于以往传统荧光材料难以担当此攻关重任，故而BT.2020的出现给予了MR-TADF分子新的发展机遇，并在很大程度上使得该领域愈发火热起来。近年来，随着大量的研究与实践，MR-TADF分子家族得到了飞速的发展，然而大家讨论和归纳的重点基本都集中在领域整体的发展方面，专门针对分子设计策略所展开的讨论和总结依旧较少，不足以为刚涉足该领域的科研人员提供足够的参考。因此，本文从X-π-X原则，快反向系间窜越过程，窄带发射与高振子强度等方面，阐述了近三年来所报道的MR-TADF分子的设计思路，并对未来可能的设计方向进行了展望，例如将一些不同于传统MR-TADF分子的结构引入这一领域。最后，对今后MR-TADF领域的发展和产业化提出建议。
2025, 41(1): 230803
doi: 10.3866/PKU.WHXB202308032
Abstract:
本文研究了杂多酸对储氢材料的催化效应，通过机械球磨法制备MgH2-xH3PW12O40 (x = 7%、10%、13%，质量分数)复合物样品，与纯的球磨MgH2对比，展示了杂多酸H3PW12O40对MgH2储氢动力学的提升作用。其中，MgH2-10H3PW12O40的放氢活化能比纯MgH2降低了46.23 kJ·mol-1，可在250 ℃、1 min内吸收6.25%的氢，在300 ℃、15 min内释放6.54%的氢气，而同等温度下MgH2在30 min内仅释放1.2%氢。即使是在较低的温度100 ℃，MgH2-10H3PW12O40也可在1 h内吸收5%的氢，而MgH2只能吸收0.9%的氢。结构表征结果表明H3PW12O40分子在球磨和储氢过程中被转变为WO3和W簇，其作用一方面是催化Mg―H键、H―H键的断裂，另一方面是促进MgH2颗粒在球磨过程中细化并抑制其团聚长大。该研究开创了多酸分子在储氢领域的催化应用。
本文研究了杂多酸对储氢材料的催化效应，通过机械球磨法制备MgH2-xH3PW12O40 (x = 7%、10%、13%，质量分数)复合物样品，与纯的球磨MgH2对比，展示了杂多酸H3PW12O40对MgH2储氢动力学的提升作用。其中，MgH2-10H3PW12O40的放氢活化能比纯MgH2降低了46.23 kJ·mol-1，可在250 ℃、1 min内吸收6.25%的氢，在300 ℃、15 min内释放6.54%的氢气，而同等温度下MgH2在30 min内仅释放1.2%氢。即使是在较低的温度100 ℃，MgH2-10H3PW12O40也可在1 h内吸收5%的氢，而MgH2只能吸收0.9%的氢。结构表征结果表明H3PW12O40分子在球磨和储氢过程中被转变为WO3和W簇，其作用一方面是催化Mg―H键、H―H键的断裂，另一方面是促进MgH2颗粒在球磨过程中细化并抑制其团聚长大。该研究开创了多酸分子在储氢领域的催化应用。
2025, 41(1): 230900
doi: 10.3866/PKU.WHXB202309002
Abstract:
太阳能驱动的二氧化碳(CO2)甲烷化反应不仅有助于减少多余的碳排放，而且是生产燃料的重要途径。层状金属双氢氧化物(layered double hydroxides，LDH)可以在高温还原气(H2/Ar)氛围中还原，转化为金属负载于氧化物(MO)的催化剂。这些催化剂在CO2加氢反应中作为优秀的光热催化剂被广泛应用。然而，有关LDH的层间阴离子类型如何影响CO2甲烷化活性的研究还相对有限。本文研究了包含不同层间阴离子的镍(Ni)铝(Al) LDH前驱体，通过在H2/Ar气氛中还原处理，制备了一系列Ni负载在氧化铝(Al2O3)上的MO催化剂，这些催化剂被命名为NiAl-x-MO (其中x代表CO3、NO3、Cl和SO4，分别代表碳酸根、硝酸根、氯离子和硫酸根等阴离子)。其中，NiAl-CO3-MO催化剂表现出50.1%的CO2转化率，99.9%的甲烷(CH4)选择性以及94.4 mmol·g-1·h-1的CH4产出速率。与之相比，NiAl-Cl-MO和NiAl-SO4-MO催化剂的CO2甲烷化活性极低。H2程序升温脱附(temperature programmed desorption with H2，H2-TPD)实验和密度泛函理论计算(density functional theory，DFT)结果表明，低CO2转化率是由于残留的氯(Cl)或硫(S)与金属Ni形成的强配位键阻碍了H2的吸附和活化。因此，在设计LDH衍生的催化剂，特别是用于氢化反应的Ni基催化剂时，应优先考虑层间阴离子在LDH中的重要作用。
太阳能驱动的二氧化碳(CO2)甲烷化反应不仅有助于减少多余的碳排放，而且是生产燃料的重要途径。层状金属双氢氧化物(layered double hydroxides，LDH)可以在高温还原气(H2/Ar)氛围中还原，转化为金属负载于氧化物(MO)的催化剂。这些催化剂在CO2加氢反应中作为优秀的光热催化剂被广泛应用。然而，有关LDH的层间阴离子类型如何影响CO2甲烷化活性的研究还相对有限。本文研究了包含不同层间阴离子的镍(Ni)铝(Al) LDH前驱体，通过在H2/Ar气氛中还原处理，制备了一系列Ni负载在氧化铝(Al2O3)上的MO催化剂，这些催化剂被命名为NiAl-x-MO (其中x代表CO3、NO3、Cl和SO4，分别代表碳酸根、硝酸根、氯离子和硫酸根等阴离子)。其中，NiAl-CO3-MO催化剂表现出50.1%的CO2转化率，99.9%的甲烷(CH4)选择性以及94.4 mmol·g-1·h-1的CH4产出速率。与之相比，NiAl-Cl-MO和NiAl-SO4-MO催化剂的CO2甲烷化活性极低。H2程序升温脱附(temperature programmed desorption with H2，H2-TPD)实验和密度泛函理论计算(density functional theory，DFT)结果表明，低CO2转化率是由于残留的氯(Cl)或硫(S)与金属Ni形成的强配位键阻碍了H2的吸附和活化。因此，在设计LDH衍生的催化剂，特别是用于氢化反应的Ni基催化剂时，应优先考虑层间阴离子在LDH中的重要作用。
2025, 41(1): 230900
doi: 10.3866/PKU.WHXB202309003
Abstract:
水系锌离子电池以其安全可靠、成本低、容量大、环境友好等优点被认为是最有前途的储能体系之一。然而，锌金属负极在水系电解液中通常面临严重的副反应和枝晶生长问题。在锌负极表面构建具有高离子迁移动力学的保护层是构筑高稳定、长寿命锌负极的有效策略。本文中，我们在锌负极表面制备了ZnQ分子筛(BPH拓扑)取向保护层，实现了高离子迁移动力学的稳定锌负极(ZnQ@Zn)的构筑。具有三维有序孔道的ZnQ分子筛在锌箔表面定向排列，为锌离子提供了良好的传导通路，分子筛孔道中的水分子有助于调控锌离子的配位环境，从而提高锌离子的迁移动力学。因此，ZnQ@Zn对称电池在1 mA·cm-2的电流密度下展现出27 mV的超低过电势以及超过1100 h的循环寿命。此外，ZnQ@Zn//NaV3O8·1.5H2O全电池在8 A·g-1的电流密度下循环1800次后，容量保持率高达96%，展现出优异的循环性能。本研究为构筑高迁移动力学锌负极保护层提供了新思路，并拓展了分子筛材料在储能领域中的应用。
水系锌离子电池以其安全可靠、成本低、容量大、环境友好等优点被认为是最有前途的储能体系之一。然而，锌金属负极在水系电解液中通常面临严重的副反应和枝晶生长问题。在锌负极表面构建具有高离子迁移动力学的保护层是构筑高稳定、长寿命锌负极的有效策略。本文中，我们在锌负极表面制备了ZnQ分子筛(BPH拓扑)取向保护层，实现了高离子迁移动力学的稳定锌负极(ZnQ@Zn)的构筑。具有三维有序孔道的ZnQ分子筛在锌箔表面定向排列，为锌离子提供了良好的传导通路，分子筛孔道中的水分子有助于调控锌离子的配位环境，从而提高锌离子的迁移动力学。因此，ZnQ@Zn对称电池在1 mA·cm-2的电流密度下展现出27 mV的超低过电势以及超过1100 h的循环寿命。此外，ZnQ@Zn//NaV3O8·1.5H2O全电池在8 A·g-1的电流密度下循环1800次后，容量保持率高达96%，展现出优异的循环性能。本研究为构筑高迁移动力学锌负极保护层提供了新思路，并拓展了分子筛材料在储能领域中的应用。
2025, 41(1): 230903
doi: 10.3866/PKU.WHXB202309037
Abstract:
Ni-YSZ (镍-氧化钇稳定的氧化锆)氢电极支撑固体氧化物电池(SOC)在可逆运行模式下(R-SOC)普遍存在电化学不对称性现象。本文通过实验研究发现，氢电极扩散阻抗及电解质欧姆阻抗同时是R-SOC性能及不对称性的显著影响因素。研究结果显示，采用大孔氢电极和薄膜隔离层显著提升了R-SOC性能并减小了不对称性，在750 ℃、50% H2O和0.3 V偏压工况下，单电池的发电及电解电流密度分别达到了0.752和0.635 A·cm-2，电流密度不对称度△j仅为0.117 A·cm-2。研究结果对于高性能氢电极支撑SOC单电池的结构设计、制备和可逆运行具有重要的参考价值。
Ni-YSZ (镍-氧化钇稳定的氧化锆)氢电极支撑固体氧化物电池(SOC)在可逆运行模式下(R-SOC)普遍存在电化学不对称性现象。本文通过实验研究发现，氢电极扩散阻抗及电解质欧姆阻抗同时是R-SOC性能及不对称性的显著影响因素。研究结果显示，采用大孔氢电极和薄膜隔离层显著提升了R-SOC性能并减小了不对称性，在750 ℃、50% H2O和0.3 V偏压工况下，单电池的发电及电解电流密度分别达到了0.752和0.635 A·cm-2，电流密度不对称度△j仅为0.117 A·cm-2。研究结果对于高性能氢电极支撑SOC单电池的结构设计、制备和可逆运行具有重要的参考价值。
2025, 41(1): 240300
doi: 10.3866/PKU.WHXB202403008
Abstract:
电化学硝酸根还原反应(eNO3-RR)合成氨是一种可持续的将环境污染物转化为高附加值产品的方法。钯基双金属纳米催化剂作为高效催化剂已显示出巨大的前景，但调控其组成和构型以提高催化性能并实现深入的机理理解仍然很有挑战。通过使用不同供/吸电子官能团的两个配体，我们成功地制备了两个原子精确的(AgPd)27双金属团簇，即Ag18Pd9(C8H4F)24(简称Ag18Pd9)和Ag22Pd5(C9H10O2)26 (简称Ag22Pd5)。两个团簇的金属核具有明显不同组成和构型，其中Ag18Pd9为中间层是9个Pd原子的“三明治”型金属核结构，Ag22Pd5为M13构型组成的棒状金属核结构，而5个钯原子位于M13构型的顶点和中心位置。出乎意料的是，Ag22Pd5表现出明显优于Ag18Pd9的eNO-3RR性能。具体表现来说，Ag22Pd5在-0.6 V时NH3的法拉第效率和产生速率达到最高，分别为94.42%和1.41 mmol·h-1·mg-1，但Ag18Pd9的NH3的最高法拉第效率和产生速率只有在-0.5 V时的43.86%和0.41 mmol·h-1·mg-1。原位衰减全反射表面增强红外光谱(ATR-SEIRAS)测试提供了反应中间体的实验证据，从而揭示了反应途径，也表明Ag22Pd5比Ag18Pd9具有更强的NO3-吸附和NH3脱附能力。理论计算表明，配体脱落的团簇可以暴露AgPd双金属位点，Ag-Pd位点为协同催化活性位点，不同构型的AgPd活性位点有显著差异，其中Ag22Pd5中的活性位点更有利于NO-3吸附和NH3脱附，从而加速催化过程。
电化学硝酸根还原反应(eNO3-RR)合成氨是一种可持续的将环境污染物转化为高附加值产品的方法。钯基双金属纳米催化剂作为高效催化剂已显示出巨大的前景，但调控其组成和构型以提高催化性能并实现深入的机理理解仍然很有挑战。通过使用不同供/吸电子官能团的两个配体，我们成功地制备了两个原子精确的(AgPd)27双金属团簇，即Ag18Pd9(C8H4F)24(简称Ag18Pd9)和Ag22Pd5(C9H10O2)26 (简称Ag22Pd5)。两个团簇的金属核具有明显不同组成和构型，其中Ag18Pd9为中间层是9个Pd原子的“三明治”型金属核结构，Ag22Pd5为M13构型组成的棒状金属核结构，而5个钯原子位于M13构型的顶点和中心位置。出乎意料的是，Ag22Pd5表现出明显优于Ag18Pd9的eNO-3RR性能。具体表现来说，Ag22Pd5在-0.6 V时NH3的法拉第效率和产生速率达到最高，分别为94.42%和1.41 mmol·h-1·mg-1，但Ag18Pd9的NH3的最高法拉第效率和产生速率只有在-0.5 V时的43.86%和0.41 mmol·h-1·mg-1。原位衰减全反射表面增强红外光谱(ATR-SEIRAS)测试提供了反应中间体的实验证据，从而揭示了反应途径，也表明Ag22Pd5比Ag18Pd9具有更强的NO3-吸附和NH3脱附能力。理论计算表明，配体脱落的团簇可以暴露AgPd双金属位点，Ag-Pd位点为协同催化活性位点，不同构型的AgPd活性位点有显著差异，其中Ag22Pd5中的活性位点更有利于NO-3吸附和NH3脱附，从而加速催化过程。
2025, 41(1): 231102
doi: 10.3866/PKU.WHXB202311021
Abstract:
我们以宽带隙聚合物聚(3-己基噻吩) (P3HT)为给体，窄带隙聚合物聚{2,2'-((2Z,2'Z)-((12,13-双(2-癸基十四烷基)-6-(2-乙基己基)-4,8-二甲基-6,8,12,13-四氢-4氢-苯并[1,2,3]三唑并噻吩[2'',3'':4',5']并吡咯[2',3':4,5]并吡咯[3,2-g]并噻吩[2',3':4,5]并吡咯[3,2-b]并[4,5-e]吲哚-2,10-二基)双(甲烷亚甲基))双(5,5’-3-氧-2,3-二氢-1氢-2,1-二亚基茚))二丙二腈-连-2,5-二噻吩} (PTz-PT)为受体，研制了基于氧化铟锡(ITO)/聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸) (PEDOT:PSS)/有源层/Al结构的倍增型全聚合物光电探测器(PM-APDs)。我们制备了P3HT : PTz-PT质量比为100 : 1、100 : 4、100 : 7和100 : 10的四种不同比例的二元PM-APDs。在黑暗条件下，由于Al的功函数和P3HT的最高已占据分子轨道(HOMO)之间存在0.8 eV的能级差距，空穴难以从铝电极注入到有源层中。有源层中的PTz-PT含量较低，缺乏连续的电子传输通道，导致有源层的电子传输能力较差。在光照条件下，由于有源层中PTz-PT含量较低，并且P3HT和PTz-PT的最低未占据分子轨道(LUMO)相差0.84 eV，光生电子会被孤立的PTz-PT捕获。Al电极附近的受陷电子会引起界面能带弯曲，实现空穴隧穿注入，从而导致外量子效率(EQE)值大于100%。在-8 V偏压下，基于P3HT : PTz-PT (100:4 wt/wt)的最优二元PM-APDs在300-1100 nm的光谱范围内具有超过100%的EQE。PM-APDs的EQE光谱形状取决于铝电极附近的受陷电子分布。通过引入聚合物聚(2-(4,8-双(4-(2-乙基己基)环戊二烯并-1,3-啶-1-基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-2-基)-5,5-二氟-10-(5-(2-己基癸基)噻吩-2-基)-3,7-二甲基-5H-4λ4,5λ4-二吡咯[1,2-c:2',1'-f][1,3,2]二氮杂硼嗪) (PMBBDT)作为第三组分，PM-APDs的EQE光谱形状变得更平坦。我们制备了P3HT : PMBBDT : PTz-PT质量比分别为90 : 10 : 4和80 : 20 : 4的三元PM-APDs。三元PM-APDs的EQE值在420-600 nm的范围内提高，而在630-870 nm的范围内降低。三元PM-APDs具有更平坦的EQE光谱是由于其在Al电极附近的受陷电子分布更均匀。此外，在连续光照和外加偏压的条件下，三元PM-APDs的稳定性高于最优二元PM-APDs。在-12 V偏压下，最优三元PM-APDs的EQE值在350 nm处为3500%，在550 nm处为1250%，在900 nm处为1500%。在-10 V偏压下，最优三元PM-APDs的比探测度(D*shot)值在520 nm处为3.7 × 1012 Jones，在850 nm处为1.9 × 1013 Jones。最优三元PM-APDs在-10 V偏压下被白光连续照射170 min后，光电流为初始值的87%。我们利用最优三元PM-APDs搭建了光电容积描记(PPG)传感器并成功地测量了人体心率(HR)，测得的HR与人体正常心率相符。
我们以宽带隙聚合物聚(3-己基噻吩) (P3HT)为给体，窄带隙聚合物聚{2,2'-((2Z,2'Z)-((12,13-双(2-癸基十四烷基)-6-(2-乙基己基)-4,8-二甲基-6,8,12,13-四氢-4氢-苯并[1,2,3]三唑并噻吩[2'',3'':4',5']并吡咯[2',3':4,5]并吡咯[3,2-g]并噻吩[2',3':4,5]并吡咯[3,2-b]并[4,5-e]吲哚-2,10-二基)双(甲烷亚甲基))双(5,5’-3-氧-2,3-二氢-1氢-2,1-二亚基茚))二丙二腈-连-2,5-二噻吩} (PTz-PT)为受体，研制了基于氧化铟锡(ITO)/聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸) (PEDOT:PSS)/有源层/Al结构的倍增型全聚合物光电探测器(PM-APDs)。我们制备了P3HT : PTz-PT质量比为100 : 1、100 : 4、100 : 7和100 : 10的四种不同比例的二元PM-APDs。在黑暗条件下，由于Al的功函数和P3HT的最高已占据分子轨道(HOMO)之间存在0.8 eV的能级差距，空穴难以从铝电极注入到有源层中。有源层中的PTz-PT含量较低，缺乏连续的电子传输通道，导致有源层的电子传输能力较差。在光照条件下，由于有源层中PTz-PT含量较低，并且P3HT和PTz-PT的最低未占据分子轨道(LUMO)相差0.84 eV，光生电子会被孤立的PTz-PT捕获。Al电极附近的受陷电子会引起界面能带弯曲，实现空穴隧穿注入，从而导致外量子效率(EQE)值大于100%。在-8 V偏压下，基于P3HT : PTz-PT (100:4 wt/wt)的最优二元PM-APDs在300-1100 nm的光谱范围内具有超过100%的EQE。PM-APDs的EQE光谱形状取决于铝电极附近的受陷电子分布。通过引入聚合物聚(2-(4,8-双(4-(2-乙基己基)环戊二烯并-1,3-啶-1-基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-2-基)-5,5-二氟-10-(5-(2-己基癸基)噻吩-2-基)-3,7-二甲基-5H-4λ4,5λ4-二吡咯[1,2-c:2',1'-f][1,3,2]二氮杂硼嗪) (PMBBDT)作为第三组分，PM-APDs的EQE光谱形状变得更平坦。我们制备了P3HT : PMBBDT : PTz-PT质量比分别为90 : 10 : 4和80 : 20 : 4的三元PM-APDs。三元PM-APDs的EQE值在420-600 nm的范围内提高，而在630-870 nm的范围内降低。三元PM-APDs具有更平坦的EQE光谱是由于其在Al电极附近的受陷电子分布更均匀。此外，在连续光照和外加偏压的条件下，三元PM-APDs的稳定性高于最优二元PM-APDs。在-12 V偏压下，最优三元PM-APDs的EQE值在350 nm处为3500%，在550 nm处为1250%，在900 nm处为1500%。在-10 V偏压下，最优三元PM-APDs的比探测度(D*shot)值在520 nm处为3.7 × 1012 Jones，在850 nm处为1.9 × 1013 Jones。最优三元PM-APDs在-10 V偏压下被白光连续照射170 min后，光电流为初始值的87%。我们利用最优三元PM-APDs搭建了光电容积描记(PPG)传感器并成功地测量了人体心率(HR)，测得的HR与人体正常心率相符。
