深圳先進(jìn)院在2D-2D二維超薄異質(zhì)結(jié)研究方面取得進(jìn)展
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所納米調(diào)控與生物力學(xué)研究中心在2D-2D二維超薄異質(zhì)結(jié)研究方面獲得新進(jìn)展。相關(guān)成果以From one to two: In situ construction of an ultrathin 2D-2D closely-bonded heterojunction from a single-phase monolayer nanosheet（《由一生二——單相單層納米片原位構(gòu)建2D-2D超薄異質(zhì)結(jié)》）為題發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域重要期刊Journal of the American Chemical Society（IF:14.695）上。以色列理工邢政博士、西北大學(xué)胡軍副教授與深圳先進(jìn)院馬明副研究員為文章共同一作，北京大學(xué)深圳研究生院楊世和教授與深圳先進(jìn)院李江宇研究員為文章通訊作者。
發(fā)展至今，納米材料的合成制備在其組分、尺寸和形貌上已經(jīng)得到了精準(zhǔn)地控制，各種納米級(jí)的制備手段也被巧妙地開發(fā)出來，實(shí)現(xiàn)了諸如等離子體、金屬納米粒子、金屬硫族化物量子點(diǎn)以及多組分的納米顆粒等材料的制備與合成。同時(shí)，隨著制備技術(shù)及手段的成熟化，使用濕法化學(xué)合成法便可實(shí)現(xiàn)納米材料原子級(jí)尺度的制備，包括原子線和原子厚度的二維納米片，如石墨烯、過渡金屬二鹵化物（TMD）和過渡金屬氧化物等。各國研究人員通過濕化學(xué)方法進(jìn)行了2D-2D超薄異質(zhì)結(jié)構(gòu)建的多種嘗試，但迄今為止，2D-2D復(fù)合材料依然需要較為復(fù)雜的制備過程，及通常表現(xiàn)出較弱的界面結(jié)合狀態(tài)，因此合理的設(shè)計(jì)思路和簡單高效的制備手段是實(shí)現(xiàn)2D-2D超薄異質(zhì)結(jié)構(gòu)建的關(guān)鍵。
本研究開發(fā)了一種溫和的化學(xué)合成方法，實(shí)現(xiàn)了Bi2O2S在單層Bi2WO6上的原位生長，從而組裝制備出超薄二維異質(zhì)結(jié)納米片。該二維異質(zhì)結(jié)納米片中的強(qiáng)界面結(jié)合使得其產(chǎn)生類似大分子的特征，也是導(dǎo)致電荷載流子分離效率極大提高的主要因素。相比于純的Bi2WO6納米片，超薄二維異質(zhì)結(jié)納米片實(shí)現(xiàn)了4倍以上的光電流響應(yīng)，同時(shí)在光催化分解水體系統(tǒng)中產(chǎn)生了8倍以上的氫氣。此外，該異質(zhì)結(jié)可實(shí)現(xiàn)全可見光吸收，并促使光陽極起始電位向更負(fù)的方向偏移。該方法同時(shí)也期望被應(yīng)用于其他含鉍材料，包括Bi2O2CO3、鉍氧鹵化物(BiOI、BiOBr等)、含有[Bi2O2]的氧硫族化合物等，對(duì)于開發(fā)先進(jìn)的催化劑、電池及能源轉(zhuǎn)換器件等具有重要意義。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b08651
斜方晶Bi2WO6和斜方晶Bi2O2S層狀材料的晶體結(jié)構(gòu)和從單層納米片演變到2D-2D異質(zhì)結(jié)納米片過程的示意圖，單層Bi2WO6納米片和Bi2WO6-Bi2O2S 2D-2D異質(zhì)結(jié)納米片原位KPFM測量
