Advanced Materials:黑磷纳米片异质结的构建艺术—从二维到三维结构

将不同类型的二维纳米片组装成异质结构不仅可以巧妙的结合每种材料的特性,还有可能引入新的性能以及有助于设计新型异质结构材料。由于其优异的光电性能、可调节的带隙和面内各向异性,黑磷纳米片是当前二维材料研究的热点之一。黑磷可以和空气中的水和氧气发生反应,因此其在大气环境中的稳定性很差。构建基于黑磷纳米片的异质结构可以显著提高其大气稳定性,并且由于协同效应可以为其带来新的功能和应用。

瑞典查尔姆斯理工大学张小岩教授课题组最近在Advanced Materials发表研究进展报告,讨论了基于黑磷纳米片二维和三维异质结构的最新进展,分析了各个材料之间不同类型的相互作用:共价(化学键)或非共价(范德华力和静电相互作用)。作者还讨论了这些异质结构的制备方法、光学和电学性质以及在光电器件、能源存储、催化、生物等方面的应用。最后作者还归纳了黑磷纳米片异质结构所面临的棘手问题:(1) 大规模制备高质量的大气环境中稳定的黑磷纳米片仍然是个极大的挑战,这将大大限制基于黑磷纳米片的异质结构的构建。因此发展新的可控制备方法是亟需解决的问题,例如利用化学气相沉积法制备高质量的异质结构。(2) 通常非共价异质结构可以很大程度地保留黑磷纳米片的原始特性,并通过结合其他材料来增加新的功能。相反地,共价异质结构会显著改变黑磷纳米片的能隙结构和光电特性。因此需要对共价功能化程度进行精确的控制,这样才能保持黑磷纳米片的特性、避免不必要的晶格破坏。另外,如何进一步提高共价异质结构的溶液可处理性也是难点之一。(3) 当前黑磷纳米片的异质结构的研究还处在初始研究阶段,尤其是三维异质结构的制备和应用有待于深入研究和扩展。

相关论文以“The Art of Constructing Black Phosphorus Nanosheet Based Heterostructures: From 2D to 3D”为题,在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202005254)上,并被选为当期Inside Back Cover做简要介绍