Adv. Funct. Mater：基于液相剝離的少層InSe納米片高性能光電化學光探測器

cc 6年前 (2018-01-14) 6643瀏覽

【引言】

硒化銦（InSe），作為一個典型的III–VI族層狀材料因其獨特的層狀結構特點和寬范圍的可調帶隙特點受到研究者的廣泛關注。在室溫下，塊體InSe的帶隙寬度為1.26 eV，單層InSe的帶隙寬度為2.11 eV，其光響應范圍從可見光延續到紅外光區。同時，InSe的有效電子質量為0.14 me，低于MoS2的0.45 me以及Si的0.19 me；在室溫和液氦溫度下，其遷移率分別高達103和104 cm2V-1 s-1。另外，InSe也展現出高的光響應度和較快的光響應時間，被認為是一種非常理想的光探測器材料。近年來，雖然在InSe領域科研人員取得了重大的突破，但是如何高效、低成本得獲得二維InSe納米片，仍然存在挑戰。與此同時，大多數InSe光電探測器都是薄膜晶體管進行構筑，這些光探測器需要額外的電源，一定程度上制約了其應用領域。

【成果簡介】

近日，來自深圳大學張晗教授和湘潭大學的祁祥副教授等人在Advanced Functional Materials上發表了題為“High-Performance Photo-Electrochemical Photodetector Based on Liquid-Exfoliated Few-Layered InSeNanosheets with Enhanced Stability”的論文，報道了通過溫和的液相剝離方法得到具有直接帶隙的少層InSe納米片，并將其用于構筑一種光電化學（PEC）型的光探測器。該探測器在KOH溶液中展現出了良好的電流密度、光響應以及循環穩定性。這種PEC型InSe光探測器的探測能力可以通過改變KOH濃度和施加的偏壓來進行調整，表明其可以作為一種潛在光電探測器候選對象。此外，對InSe納米片的光電化學性能的擴展優化將進一步應用在其他設備上，如染料敏化太陽能電池、水分解系統和太陽能跟蹤設備等方面。

【圖文導讀】

圖1.InSe納米片形貌結構表征

a) InSe納米片XRD圖；

b) InSe塊體和液相剝離后的InSe納米片的拉曼圖譜；

c) InSe納米片AFM圖；

d) InSe納米片TEM圖；

e,f) (d)圖選中區域相應的EDX元素分析圖譜；

g) InSe納米片的HRTEM圖，插圖為其SAED圖。

圖2.InSe納米片光電響應性能測試

a)0.2 M KOH電解液中，0-1 V偏壓下InSe納米片的光電流密度；插圖為其LSV測試曲線；

b) 在2 M KOH電解液中，0-1 V偏壓下PEC型InSe光電探測器的響應時間；

c) 在40, 60, 80, 100, 120 mW cm?2光功率密度下InSe光電探測器的歸一化光電流密度；

d)0.2 M KOH電解液中，在各種功率強度下InSe納米片的光電流密度擬合曲線(圓)和光響應率(三角形)。

圖 3. 穩定性測試

a)在0.2 M KOH電解液中InSe納米片光電探測器的循環穩定性；

b)在1.0 V偏壓下InSe納米片光電探測器的長時間光電流開關測試；

c)在0.2 M KOH電解液中，1.0 V偏壓下InSe探測器長時間穩定性測試。

圖4. 光電流密度測試

a) 光電流密度圖關于偏壓和KOH的濃度變化的函數；

b) 不同偏壓(0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 V)下，光電流密度隨電解質濃度(0.05, 0.1, 0.2 M KOH)的變化曲線；

c)在Na2SO4電解液(0.5 M)和KOH電解液(0.2, 0.1, 0.05 M)中的光電流測試；

d) InSe納米片光電探測器的示意圖。

【總結】

在太陽光照射下，基于InSe構筑的PEC型光探測器展現了優良的光電流密度和響應率。進一步的實驗結果表明，InSe光電探測器在0.2M的KOH溶液的情況下顯示了增強的光響應性能和長期穩定性。同時研究人員描述了光響應率與入射光強度和電解液濃度之間的關系。該工作提供了一種新型的光探測器原型，同時也為InSe及其光電子器件的開發和實際應用提供了一定的實驗依據。

文獻鏈接：High-Performance Photo-Electrochemical Photodetector Based on Liquid-Exfoliated Few-Layered InSe Nanosheets with Enhanced Stability (Adv. Funct. Mater. 2017., DOI: 10.1002/adfm.201705237）

張晗教授團隊簡介：

http://www.2dmaterials-photonics.com/

張晗教授近期相關工作：

  1. Novel concept of the smart NIR-light-controlled drug release of black phosphorus nanostructure for cancer therapy. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018.
  2. Biodegradable black phosphorus-based nanospheres for in vivo photothermal cancer therapy. Nature communications, 2016. (Citation: 40)
  3. Black Phosphorus Nanosheets as a Robust Delivery Platform for Cancer Theranostics. Advanced Materials, 2017. (Front Cover)
  4. Facile Synthesis of Black Phosphorus: an Efficient Electrocatalyst for the Oxygen Evolving Reaction. Angew Chem Int Edit,2016.
  5. Antimonene Quantum Dots: Synthesis and Application as Near-Infrared Photothermal Agents for Effective Cancer Therapy. Angew Chem Int Ed Engl,2017. (Front Cover)
  6. Few-Layer Black Phosphorus Nanosheets as Electrocatalysts for Highly Efficient Oxygen Evolution Reaction. Advanced Energy Materials,2017.
  7. Environmentally Robust Black Phosphorus Nanosheets in Solution: Application for Self-Powered Photodetector. Adv Funct Mater,2017. (Inside Cover)
  8. Ultrasmall Black Phosphorus Quantum Dots: Synthesis and Use as Photothermal Agents. Angew Chem Int Edit,2015. (Front Cover. Citation: 118)
  9. Broadband nonlinear optical response in multi-layer black phosphorus: an emerging infrared and mid-infrared optical material. Optics Express,2015. (Hot paper. Citation: 205)
  10. Mechanically exfoliated black phosphorus as a new saturable absorber for both Q-switching and Mode-locking laser operation. Optics Express,2015. (Hot paper. Citation: 185)
  11. Solvothermal Synthesis and Ultrafast Photonics of Black Phosphorus Quantum Dots.Advanced Optical Materials, 2016. (Front Cover)
  12. From Black Phosphorus to Phosphorene: Basic Solvent Exfoliation, Evolution of Raman Scattering, and Applications to Ultrafast Photonics.Advanced Functional Materials,2015. (Citation: 110)
  13. 13.TiL4-Coordinated Black Phosphorus Quantum Dots as an Efficient Contrast Agent for In Vivo Photoacoustic Imaging of Cancer. Small, 2017. (Front Cover)
  14. Few-Layer Phosphorene Decorated-Microfiber for All-Optical-Thresholding and Optical Modulation.Advanced Optical Materials, 2017.

本文由材料人新能源前線Z. Chen供稿，材料牛整理編輯。

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