液相剥离(LPE)技术—–一种广泛探索获得二维(2D)分层纳米结构的技术 —-首次成功用于剥离非层状材料。 这个有趣的发现可能有助于寻找其他用于创新应用的2D材料。
在层状材料中,层内的原子通过强大的共价键结合在一起,而原子间范德华力相互作用使得原子层可以堆叠在一起。从块状分层材料上片状剥离获得二维结构相对是比较容易的。化学气相沉积(CVD)生长也被用于合成2D材料。在这些物理和化学方法中,LPE由于其简单和有效的过程而被广泛使用。
与层状材料不同,非分层材料所含有的三维结构中都具有化学共价键。似乎很困难甚至不可能从这些材料中获得分层结构。但是,如果能够实现这一目标,我们不仅可以拓宽二维材料族,还可以创造出许多创新应用。科学家们推测LPE方法可以用于通过超声波剥离非层状材料。
由中国深圳大学张晗教授领导的新研究利用LPE方法(文章发表在Advanced Functional Materials杂志上,题目为“Ultrathin 2D Nonlayered Tellurium Nanosheets:Facile Liquid-Phase Exfoliation,Characterization and Photoresponse”)从非分层材料获得了二维纳米片 具有高性能和增强的稳定性“)。 这些发现使得在2D材料领域具有普遍意义的LPE方法成为可能。
在这项工作中,作者通过LPE方法实现了超薄2D非层状碲(Te)纳米片。所制备的2D Te纳米片具有典型的2D结构,横向尺寸范围从41.5 nm到177.5 nm,厚度范围从3 nm到6 nm。
液相剥落可以用来剥落非层状材料,如碲。
液相剥落(LPE)可用于剥落非层状材料,如碲(Te)。新剥离的非层状2D纳米材料在光响应器件领域具有很大潜力。图片来源:谢忠建博士,深圳大学晨阳博士
大块晶体Te中的强各向异性,具有源自链内强的Te-Te共价键和链间弱范德瓦尔斯力的典型链状结构,可能是形成2D Te纳米片的原因。
更有意思的是,由于Te的窄带隙,所制备的2D Te纳米片可用于制造高性能光电探测器。
2D Te纳米片表现出优异的从紫外到可见光区域的光响应行为,以及强大的时间和周期稳定性,以实现开/关切换行为。
较高的偏置电位,较高的光功率强度以及较高浓度的KOH电解质可在模拟光照下导致较高的光电流强度。
作者观察到了波长为350 nm,365 nm,380 nm,400 nm和475 nm的样品辐照样品的类似趋势。与其他类型的照明相比,模拟光可以产生更大的光电流强度,而低波长光产生更高的光响应性。
通过采用拉曼表征手段,研究团队观察到初生的2周龄的2D Te纳米片的振动峰没有显着变化,表明2D Te纳米片不仅具有稳定的结晶特性,而且在环境条件下具有良好的稳定性。
2D Te纳米片的光响应性能的稳定性对于实际应用至关重要。为此,测量了2D Te纳米片的光响应性能的循环稳定性和时间稳定性。
测量时间总长为10,000秒,时间间隔为5秒,经历了1,000次开/关循环周期,以研究光响应性能的循环稳定性。经过1,000次开/关循环之后,2D Te纳米片的光电流强度仅下降了16.6%,表明了其具有良好的循环稳定性。
另外,在0.1mol/L-1 KOH溶液中浸泡1个月后,再次检测该样品的光响应行为。结果表明,1月龄的2D Te纳米片的光电流强度降低了24%,这再次表明2D Te纳米片在KOH电解质中具有良好的时间和化学稳定性。
根据这些发现,论文的作者们预测LPE生产的2D Te纳米片在紫外 – 可见光探测和液态光电子领域将具有很大的应用潜力。
在未来,这项工作可能会为从块状材料中获得高质量的二维纳米结构材料开辟一条新的途径,这将会大大扩展二维材料大家族。
文章题目:The rise of 2D non-layered materials in optoelectronics,原文来自nanowerk
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