Advanced Materials:具有高响应度和探测率的石墨炔柔性光探测器

自从2014年研究人员首次通过机械剥离方法得到石墨烯纳米材料以来,石墨烯材料受到了广泛的研究关注。然而其没有带隙的特性却限制其在诸多领域的深入研究,比如光电探测。与石墨烯相比,石墨炔具有天然带隙特征以及不逊于石墨烯的载流子迁移率,这些优点使石墨炔能够有效的将光信号转换成电信号,在光电探测领域具有十分重要的研究意义。

深圳大学张晗教授课题组张也博士通过将超薄石墨炔纳米片通过旋涂的方法沉积在涂覆有ITO的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上,应用于光电化学类型(photoelectrochemical (PEC)-type)光探测器。通过实验和理论计算两方面证实了石墨炔光探测器在碱性溶液中表现出更加优异的光电响应性能。石墨炔光探测器具有高光电流(5.98 μA cm‒2),响应度(1086.96 μA W‒1)以及探测率(7.31 × 1010 Jones)特点,性能高于目前报道的黑磷(BP),碲(Te),硒(Se),铋(Bi)等二维材料制备的光电化学光探测器。同时研究发现,基于石墨炔的光探测器在弯曲和扭曲一定次数后仍然表现出显著的光电转换行为以及优秀的长期稳定性。飞秒瞬态光谱研究观察到了石墨炔宽带瞬态响应和超快载流子动力学,发现石墨炔具有超快的响应速度(<100ps),可以与BP和MoS2相比,表明石墨炔在光子学和光电子学方面具有突出的潜力,在光探测器、高速调制器、全光开关和饱和吸收器等方面具有广阔的应用前景。第一性原理计算表明石墨炔在碱性环境中具有更好的应用前景。 我们相信这项研究为石墨炔在碱性环境下增强的光响应行为提供了相对深入的机理解释,这有助于设计、理解和调节一系列石墨炔光电器件。相关论文在线发表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202001082),并于当期Inside Front Cover做简要介绍。