利用瞬态吸收光谱揭示碳量子点和二硫化钼的能量转移动力学（英文）

零维碳量子点与二维材料的结合,在光电器件中有着广泛的应用.本文利用稳态荧光光谱和瞬态吸收光谱,研究了碳量子点和二硫化钼之间的能量转移动力学.研究发现碳量子点的瞬态吸收光谱图中存在光诱导吸收和受激发射物理过程,复合体系中涉及到碳量子点的本征荧光发射和缺陷态发射.在碳量子点溶液中加入二硫化钼后,处于最低未占据分子轨道上的碳量子点把能量转移给二硫化钼,使得390 nm处的本征荧光发生淬灭现象.继续增加二硫化钼浓度,发现在490 nm处的缺陷态发生淬灭,而且缺陷态的向上吸收过程也被抑制.结果表明,处于缺陷态上的碳量子点会通过另外一种方式能量转移给二硫化钼.通过改变二硫化钼的浓度,有效地控制了碳量子点与二硫化钼之间的两条能量传递路径,为提高器件的性能奠定了基础.     

二维钙钛矿材料及其在光电器件中的应用

二维钙钛矿作为一种新型光电材料,既具有二维材料的可溶液加工、柔性、可穿戴性以及廉价容易制备等特点,又具备钙钛矿材料结晶度高、载流子迁移率高、激子束缚能低、量子效率高、吸收光谱宽、光吸收系数高和能耗损失低等特性,已经成为材料研究领域的热点而受到广泛关注。本文深入分析了二维钙钛矿材料的组成特点及结构构建规则,探究了其光电特性、能带性质以及非线性光学性质等,对二维钙钛矿光电材料常见的两大类制备方法液相法和气相法进行了归纳,总结了二维钙钛矿材料在太阳能电池、光电探测器、发光二极管、场效应晶体管和激光等光电器件领域的应用现状,最后对该类材料目前存在的主要问题及未来发展前景进行了展望,以期为设计制备高性能二维钙钛矿光电材料提供参考。     

类石墨烯二硫化钼及其在光电子器件上的应用

由单层或几层二硫化钼构成的类石墨烯二硫化钼(graphene-like MoS₂)是一种具有类似石墨烯结构和性能的新型二维(2D)层状化合物, 近年来以其独特的物理、化学性质而成为新兴的研究热点. 本文综述了近年来类石墨烯二硫化钼常见的几种制备方法, 包括以微机械力剥离、锂离子插层和液相超声法等为主的“自上而下”的剥离法, 以及以高温热分解、水热法等为主的“自下而上”的合成法; 介绍了其常用的结构表征方法, 包括原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱等; 概述了类石墨烯二硫化钼的紫外-可见(UV-Vis)吸收、荧光发射等基本光物理性质及其相关机理; 总结了类石墨烯二硫化钼在二次电池、场效应晶体管、传感器、有机电致发光二极管和电存储等光电子器件领域的应用原理及其研究进展, 展望了这类新型二维层状化合物的研究前景.     

二维材料及其量子点在分离科学领域的研究进展

二维材料是一种新型的分离材料,具有原子尺寸、机械强度优异、比表面积大、表面化学丰富以及 物理、化学稳定性良好等特性,引起了分离科学领域研究人员的广泛关注,其中以石墨烯为典型代表。随着 对石墨烯材料的广泛研究,相继发展了二维过渡金属硫化物（TMDs）、层状双氢氧化物（LDHs）、金属有机框 架（MOFs）、共价有机骨架（COFs）、二维过渡金属碳化物或碳氮化物（MXene）、六方氮化硼（h-BN）等多种新 兴二维材料。该文介绍并讨论了二维材料及其量子点的特点及应用,重点介绍了二维材料及其量子点在膜分 离、固相萃取/固相微萃取、液相色谱、气相色谱、毛细管电色谱等分离科学领域中的应用。此外,还探讨了 二维材料在分离科学领域中面临的挑战及应用前景。     

石墨炔:从合成到应用

正石墨炔是一种新型碳的同素异形体,是由sp和sp~2两种杂化形式的碳原子组成的二维层状材料~1。具有中国自主知识产权的石墨炔自2010年被首次成功合成以来,吸引了全世界来自化学、物理、材料、生物和电子等学科的科学家对其进行探索~2。石墨炔独特的纳米级孔隙、二维层状共轭骨架结构及半导体性质等特性,使之在能源、电化     

二维原子晶体材料的制备与应变传感特性研究

二维原子晶体材料由于具有优异的光、电、力、磁和热学等性能而引起了广泛的研究兴趣。尤其,二维原子晶体材料在微小形变下可以产生较大的电阻变化,且能够承受比相应体材料更大的弹性应变而不至于使其结构破坏,在应变传感器方面具有重要的潜在应用价值,并且有望构建在各种条件下适用的柔性集成化的电子器件。目前,二维原子晶体材料备受关注的是石墨烯、二硫化钼和黑磷。本文从上述三种典型二维材料的基本物性出发,基于其物理性质和微观结构从理论上解释二维材料的应变传感特性,并详细介绍二维材料的各种制备方法如机械剥离法、溶液法和化学气相沉积法(CVD)等。在材料制备的基础上,阐述了石墨烯、二硫化钼、黑磷在应变传感领域如健康监测、可穿戴器件、电子皮肤等方面的具体应用,并展望了二维材料未来的研究方向与应用前景。     

拓扑绝缘体二维纳米结构与器件

拓扑绝缘体是一种全新的量子功能材料, 具有绝缘性体能带结构和受时间反演对称性保护的自旋分辨的金属表面态, 属于Dirac 粒子系统, 将在新原理纳电子器件、自旋器件、量子计算、表面催化和清洁能源等方面有广泛的应用前景. 理论和实验相继证实Sb₂Te₃, Bi₂Se₃和Bi₂Te₃单晶具有较大的体能隙和单一Dirac 锥表面态, 已经迅速成为了拓扑绝缘体研究中的热点材料. 然而, 利用传统的高温烧结法所制成的拓扑绝缘体单晶块体样品常存在大量本征缺陷并被严重掺杂, 拓扑表面态的新奇性质很容易被体载流子掩盖. 拓扑绝缘体二维纳米结构具有超高比表面积和能带结构的可调控性, 能显著降低体态载流子的比例和凸显拓扑表面态, 并易于制备高结晶质量的单晶样品, 各种低维异质结构以及平面器件. 近年来, 我们一直致力于发展拓扑绝缘体二维纳米结构的控制生长方法和物性研究. 我们发展了拓扑绝缘体二维纳米结构的范德华外延方法, 实现了高质量大比表面积的拓扑绝缘体二维纳米结构的可控制备, 并实现了定点与定向的表面生长. 开展拓扑绝缘体二维纳米结构的谱学研究, 利用角分辨光电子能谱直接观察到拓扑绝缘体狄拉克锥形的表面电子能带结构, 发现了拉曼强度与位移随层数的依赖关系. 设计并构建拓扑绝缘体纳米结构器件, 系统研究其新奇物性, 观测到拓扑绝缘体Bi₂Se₃表面态的Aharonov-Bohm (AB)量子干涉效应等新奇量子现象, 通过栅电压实现了拓扑绝缘体纳米薄片化学势的调控, 并将拓扑绝缘体纳米结构应用于柔性透明导电薄膜. 本文首先简单介绍拓扑绝缘体的发展现状, 然后系统介绍我们开展的拓扑绝缘体二维纳米结构的范德华外延生长、谱学、电学输运特性以及透明柔性导电薄膜应用的研究, 最后对该领域所面临的机遇和挑战进行简要的展望.     

石墨烯层状材料的拓扑结构与性能

近年来,由于二维层状材料具有特殊的几何结构和物理化学性质,在电化学、催化、吸附、储能及导电器件等方面已经展现出了十分诱人的应用前景,它已成为材料研发的新明星。现有的研究表明,由块体层状材料通过不同的剥离方法可获得单层或者少层的二维纳米材料,其后通过不同组装方式它们可以构筑成新颖的拓扑结构,而这些拓扑结构则表现出奇异的特性,其中以具有Mbius环为结构特征的石墨烯材料所具有独特的电性质而最受人瞩目。本文综述了近年来以石墨烯为基材构建的具有Mbius环拓扑特征的材料发展状况、以及其所表现出的拓扑结构和性能相关性重要研究的结果,希望本文能为它们的进一步深入研究提供借鉴。     

二维MoS2纳米材料及其复合物在水处理中的应用

纳米材料和纳米技术的快速发展为水处理及资源化技术的开发带来了全新的发展机遇,作为一种典型的类石墨烯结构的二硫化钼以其层状结构和独特的物理化学性能在众多纳米材料中受到重点关注。本文梳理和归纳了二维二硫化钼纳米材料及其复合物在水处理中吸附、膜分离、催化、抗菌和检测等方面的应用,重点介绍了其在吸附和膜分离方面的研究进展,以实现对水中各种离子、染料、抗生素、致病菌等多种环境污染物的高效去除。最后,对二硫化钼及其复合物在水处理中的应用作出了评价,探讨其未来发展方向以及面临的挑战,以期为解决水环境污染和水资源紧缺等问题提供一种新型的材料和技术手段。     

量子棒/二维MoS_2界面超快光致电荷分离与复合动力学

基于量子棒良好的光吸收和电荷输运性能以及二维材料优异的光催化性质,构筑了新型的量子棒/二维MoS_2杂化光催化材料.深入理解并调控二者界面处的光致电荷分离与复合过程是该类材料推广应用的前提.本文采用飞秒激光泵浦-探测瞬态吸收光谱技术,直接观测到了从Cd Se和Cd S胶体量子棒到层状二硫化钼(MoS_2)超快的界面电荷转移(分别为205 ps和26 ns)和高效的电荷分离(分离效率为98%和69%)过程.研究发现,与Cd S/MoS_2相比,Cd Se/MoS_2界面处更强的电子耦合作用使其电子转移速率比前者高出两个数量级.电子转移后的Cd Se~+/MoS_2-分离态较长的寿命(12 ns)使分离后的电子在MoS_2中实现长距离(约2.2mm)扩散,这为电子顺利到达二维MoS_2边缘的活性位点进行催化反应提供了有效保障.     

二维半导体合金的制备、结构和性质

原子层厚度的二维半导体材料因具有特殊的低维效应而被广泛研究. 面向光电器件应用, 需要可控调节二维半导体材料的能带结构, 包括带隙、价带/导带位置等. 合金方法是一种调控半导体能带的通用方法. 本综述介绍了近几年来二维半导体合金材料的研究进展, 包括材料的热力学稳定性、可控制备、结构表征和性质研究. 介绍的材料体系是过渡金属二硫族化物的单层合金材料, 金属元素主要是第六副族的Mo和W, 硫族元素主要是S和Se.     

钙钛矿二维纳米材料的合成和发光研究进展

钙钛矿纳米材料的研究取得了飞速发展:一方面,合成方法不断涌现,已经可以实现从零维纳米晶、一维纳米线到二维纳米片的形貌精确控制,对其尺寸和维度依赖的光学性质认识也不断深入;另一方面,钙钛矿纳米材料的光学和光电子应用也得到了快速发展,其中,基于钙钛矿量子点的光致发光和电致发光技术最受关注。 由于钙钛矿的天然层状结构,通过配体调控很容易制备出二维纳米材料,其发光性能可以通过层数和组分进行调节,最高量子产率超过85%,且具有偏振发光特性,有望成为一类新型发光材料。 本文从制备方法、光致发光和电致发光应用等方面综述了基于钙钛矿二维纳米材料的进展,并对其未来的发展方向进行讨论。     

超越石墨烯:二维纳米材料

二维纳米材料由于其独特的物理和化学性质,现已成为当今材料科学研究的焦点之一。本文从新型二维纳米材料的分类、合成、性质和应用角度,结合TMDs、硅烯、层状氧/氢氧化物等实例,介绍了这方面研究的新进展,并简要介绍了新兴的以二维材料堆叠为基础的范德华和同层异质结构的制备、性质及应用前景。最后,对正在飞速发展的二维纳米材料在未来将引发的新一代材料科学革命中展示出的活力进行了展望。     

富含缺陷的2D/2D异质结促进光催化清洁能源转化

正低维纳米材料因其特有的厚度尺寸和低维结构等特点,使其具有相应块状材料所不具备的独特性能。低维材料的显著特征就是至少有一个维度低于100 nm;零维材料,如零维纳米颗粒、量子点;一维材料,如纳米棒、纳米线和纳米纤维;二维材料如纳米片、纳米盘等。催化材料维度的降低将显著改善其量子限域效应和电子结构,进而改善其催化性能~(1–4)。基于这些思路,研究者们开始致力于研究用于光催化作用的新型二维半导体超薄材料。研究表明,     

硫化钴改性石墨炔构建S型异质结高效光催化产氢

石墨炔(GDY,g-CnH2n-2)作为一种新型的由sp和sp2杂化的碳原子构成的二维碳材料,因其独特的纳米级孔隙、二维层状共轭骨架结构及半导体性质等特性,使之在能源、电化学、光催化、光学、电子学等诸多领域具有显著优势.它作为一种具有良好的层状结构的新型碳材料,其可调节的电子结构弥补了石墨烯无明显带隙的缺点,有望在光催...     

退火对单层二硫化钼荧光特性的影响

单层二硫化钼是继石墨烯后的一种新型二维材料. 它是一种直接带隙半导体, 具有优异的光电特性, 从而受到人们的广泛关注. 之前的研究报道过单层二硫化钼在氩气中退火后可以提升其A激子峰的荧光强度, 但我们发现, 空气中退火较氩气退火效果更为明显. 本文重点研究了在空气中退火对二硫化钼的荧光特性的影响. 不同条件下制备的单层二硫化钼样品, 经过在空气中退火处理后, 荧光峰位均发生了蓝移, 荧光强度提升了一个数量级. 我们认为, 这是由于空气退火造成二硫化钼缺陷的形成, 大量氧气分子被缺陷束缚并发生电荷转移. 氧气分子充当受主的角色, 起着P型掺杂的作用. 电荷的抽取造成二硫化钼的负电激子减少, 中性激子增多, 提升了其荧光量子效率. 我们在对照实验中发现, NH₃吸附在二硫化钼表面时, 荧光强度下降, 峰位红移, 这是由于NH₃分子充当施主的角色, 造成负电激子增多, 中性激子减少. 本文为提高单层二硫化钼的荧光量子效率提供了一种简单有效的方法.     

基于二维层状黑磷的高性能柔性固态超级电容器

正近年来,二维纳米材料以其特殊层状结构与优良性能作为柔性储能器件电极材料,人们已进行了广泛探索研究,期望发现性能优异的柔性二维电极材料。黑磷作为一种p型直接带隙层状单元素半导体上世纪60年代已被发现~1,但对二维层状黑磷的广泛兴趣始于2014年其在场效应管中的成功应用~2,近两年相关研究激增。研究发现,二维黑磷维持     

二维过渡金属硫族化合物在超级电容器中的研究进展

近年来, 过渡金属硫族化合物(TMDs)作为一种新兴的二维材料, 因其独特的层状结构及电学特性成为超级电容器电极材料的理想候选者之一. 本文介绍了二维TMDs的常用合成方法, 阐述了钼基、 钨基和钒基等TMDs在超级电容器中的研究进展, 分析了形貌、 尺寸和改性方法等因素对TMDs材料电化学性能的影响, 并对TMDs在超级电容器领域的工业化应用和挑战进行了总结与展望.     

非常规相过渡金属二硫化物的合成及其本征物理化学性质

<正>超薄层状过渡金属二硫化物(TMD)材料在(光)电子器件、催化、能量转化和存储等方面具有极大的应用前景,也是研究凝聚态物理相关基本问题的模型材料1–4。TMD材料由于具有不同的晶相结构,并因此展现出多样的物理化学性质,是近期二维材料的研究热点5–8。对TMD纳米材料的本征物理化学性质的深入研究,将极大地推动该类材料的基础研究和应用探索。宏量制备大尺寸和高质量晶体是至关重要的科学问题。然而,     

二维材料限域单原子催化剂研究进展

近年来,单一原子或单一位点催化剂因其独特的结构和电子特性受到催化研究人员的广泛关注.目前,多种无机固体材料被用作限域该类单原子催化剂,包括传统的金属氧化物、沸石分子筛以及金属有机框架配合物等.载体的性质会显著地影响单原子的催化性能,因此具有独特物理化学性质的二维材料无疑是限域单原子的一类理想介质,并逐渐引起了人们在该领域的研究兴趣.二维材料兴起于石墨烯的成功剥离,随后其他类似物如氮化硼、氮化碳以及二硫化钼等蓬勃发展起来.结构简单明确且性质独特的二维材料自身就是一类新颖的催化剂,其与单原子的结合将会为催化带来更多新的可能.二维材料限域单原子催化剂的潜在优势如下:(1)二维材料独特的电子结构对单原子中心的电子特性有显著的调变作用,使其催化性能更为独特;(2)二维材料通常具有巨大的比表面积,这允许其锚定更多的单原子从而显著提高其活性位密度;(3)单原子层二维材料有利于反应物分子从双向接触其表面限域的单原子位点,增加碰撞几率并降低传质阻力;(4)二维材料限域单原子催化剂可被视为理想的模型催化剂,其结构均一的活性中心有利于催化剂构效关系的研究;(5)二维材料限域的单原子能够反过来促进或激活二维材料的本征催化活性.在这里,我们总结了二维材料限域单原子催化剂的最新进展,其中二维材料主要涉及石墨烯、氮化碳和硫化钼.我们围绕在二维材料限域单原子催化剂中什么是真正的活性位点及其如何协同催化等问题进行了讨论,进而展望了二维材料限域单原子催化剂的应用前景和挑战.