Chem. Soc. Rev.: 二維發光材料：制備、性能和應用
【內容簡介】
在過去十幾年中，得益于科研工作者的不懈努力，二維材料在基礎研究和技術開發等方面都取得了巨大的進步。其中，如過渡金屬硫化物、黑磷等無機二維發光材料由于其獨特的電子學、光學和光電特性而受到越來越廣泛的關注。研究人員通過調整二維材料的層數、設計其介電環境以及形成合金、創建范德華異質結構等方法來調節它們的物理性質，而這些性質的調控使此類材料衍生出許多新穎的發光特性，從而拓展了它們在照明、成像和傳感方面的潛在應用。近幾年，隨著二維材料版圖的進一步擴展，如二維聚合物、金屬-有機框架和有機-無機雜化鈣鈦礦等二維有機和有機-無機雜化材料也以低成本、化學多功能性和溶液加工性等優點成為熱點研究對象。尤其重要的是，此類二維材料的組成和結構可以在分子層面進行合理的設計和可控的修飾，進一步拓展了它們性能的可調節性與應用范圍。
近日，西北工業大學的黃維院士與南京工業大學的黃曉教授、陳永華教授（共同通訊）聯合在Chem. Soc. Rev.上發表綜述文章，題為：Two-dimensional light-emitting materials: preparation, properties and applications。第一作者為王志偉博士和仇晶晶碩士。作者將二維發光材料歸納為三大類，即二維無機發光材料、二維有機發光材料和二維有機-無機雜化發光材料，并對其制備、性質及應用進行了點評。作者闡述了每一類材料的制備方法并討論它們的結構和化學性質，特別對結構與發光特性之間的關系進行了重點討論。最后，作者對二維發光材料目前的潛在應用以及發展中的挑戰和未來機遇進行了展望。
【圖文介紹】
圖1. 不同硫化鉬相的晶體結構及過渡金屬硫化物制備方法示意圖
圖2. 過渡金屬硫化物激子發光類型
圖3. 摻雜對過渡金屬硫化物PL的影響
圖4. 合金/原子摻雜對過渡金屬硫化物PL的影響
圖5.應力對過渡金屬硫化物PL的影響
圖6. (a), (b), (c) 缺陷鈍化前后MoS2 PL對比圖, (d) MoS2與光學晶體腔耦合結構示意圖，(e) MoS2與光學晶體腔耦合后的PL只有5°的發散角，具有單向性。
圖7. 過渡金屬硫化物的熱致發光與電致發光
圖8. 磷烯的結構與發光范圍
圖9. 磷烯的各向異性及層數對其PL的影響
圖10.摻雜、介電環境及溫度對磷烯PL的影響
圖11.?磷烯表面的氧化對其PL的影響
圖12.?WS2/MoS2垂直異質節和面內異質節的制備與形貌表征
圖13. ?(a), (b), (c), (d) WSe2/MoS2垂直異質節層間激子發光，(e) MoSe2/MoS2垂直異質節中同時存在正負trions示意圖，(f) MoSe2/MoS2垂直異質節PL強度集成圖
圖14. ?MoSe2/MoS2垂直異質節堆疊角度對異質節PL的影響
圖15.?WS2/MoS2面內異質結的PL圖
圖16. ?二維材料異質結的陰極發光
圖17. ?二維材料異質結的應用(a), (b), (c), (d) 發光二極管(LED), (e), (f) 激光發射器
圖18.?二維有機小分子的制備
圖19.?二維有機小分子的性質與應用
圖20. ?二維聚合物的制備
圖21.?二維聚合物的性質與應用
圖22.?二維超分子聚合物的制備
圖23.?二維超分子聚合物的應用
圖24.?二維超分子聚合物的應用
圖25.?二維COFs的制備
圖26.?二維COFs的制備
圖27.?二維COFs的性質
圖28.?二維COFs的應用
圖29.?二維鈣鈦礦結構的制備
圖30.?二維鈣鈦礦結構的性質
圖31.?二維鈣鈦礦結構的應用
圖32. ?二維MOFs的制備
圖33.?二維MOFs的性質
圖34.?二維OMCs的應用
圖35.?二維金屬有機配合物的制備
圖36.?二維金屬有機配合物的性質
圖37. ?二維金屬有機配合物的應用
【總結】
在這篇綜述中，作者首先回顧了二維無機發光材料的發展歷史。這類材料可以通過諸如機械剝離、液相剝離、化學/電化學插層和剝離、固態氣相沉積和濕化學合成等方法制備。相比于無機發光塊材，二維無機發光材料的發光性能可以更有效的通過改變厚度、元素摻雜、應力作用等方法來調節。此外，二維無機材料組成的異質節結構展示出獨特的可通過堆疊角度和應力等因素調節的層間激子發光性能。目前，二維無機發光材料已經被成功應用于發光二極管，激光發射器等器件的制備中。然而，二維無機發光材料在可控合成、二維異質節的大面積液相制備等方面仍然存在很多問題，有待于更加高效的制備方法的提出和拓展。然后，作者對二維有機發光材料(例如有機小分子、聚合物、超分子等)和有機-無機發光材料(如鈣鈦礦、有機金屬配合物等)的制備方法、性質及應用進行了論述。在發光二極管，太陽能電池，光電檢測器等應用中，相比于二維無機發光材料，二維有機/有機-無機發光材料的性能還有一定差距，其穩定性及耐用性也有待提高，并且其產量與質量還未達到商業化的標準。雖然超薄二維有機/有機-無機發光材料的相關研究還處于起步階段，然而這些材料展示出可控合成、易自組裝、光電性能優異等特點，因此存在巨大潛力與應用價值，需要被進一步研究與發展。
文獻鏈接：Two-dimensional light-emitting materials: preparation, properties and applications, (Chem. Soc. Rev., 2018, DOI: 10.1039/c8cs00332g)
團隊介紹：
南京工業大學先進材料研究院（IAM），南京郵電大學先進材料研究院（IAM）和西北工業大學西安柔性電子研究院（IFE）是以中國科學院院士黃維教授為學科帶頭人，聚集了有機電子與柔性電子等領域的學者而成立的綜合性、交叉學科研究團隊。團隊主要研究方向包括：有機及鈣鈦礦光電轉換材料薄膜的柔性大面積制備及相關光電子器件的物理性質研究，石墨烯、類石墨烯二維納米材料的制備、復合及其應用，新型發光材料如超長有機磷光材料和稀土摻雜上轉換納米晶的可控合成及應用等。近年來，團隊陸續在Nature Materials, Nature Photonics, Nature Nanotechnology, Nature Communications, Journal of the American Chemical Society等國際頂級學術期刊上發表高水平研究論文，其中代表性工作匯總如下：
1.W. Zou, R. Z. Li, S. T. Zhang, Y. L. Liu, N. N. Wang, Y. Cao, Y. F. Miao, M. M. Xu, Q. Guo, D. W. Di, L. Zhang, C. Yi, F. Gao, R. H. Friend, J. P. Wang and W. Huang, Nature Commun., 2018, 9, 608.
2.G. C. Xing, B. Wu, X. Y. Wu, M. J. Li, B. Du, Q. Wei, J. Guo, E. K. L. Yeow, T. C. Sum and W. Huang, Nature Commun., 2017, 8, 14558.
3.J. Shang, C. Cong, Z. Wang, N. Peimyoo, L. Wu, C. Zou, Y. Chen, X. Y. Chin, J. Wang, C. Soci, W. Huang and T. Yu, Nature Commun., 2017, 8, 543.
4.N. Wang, L. Cheng, R. Ge, S. Zhang, Y. Miao, W. Zou, C. Yi, Y. Sun, Y. Cao, R. Yang, Y. Wei, Q. Guo, Y. Ke, M. Yu, Y. Jin, Y. Liu, Q. Ding, D. Di, L. Yang, G. Xing, H. Tian, C. Jin, F. Gao, R. H. Friend, J. Wang and W. Huang, Nature Photon., 2016, 10, 699-704.
5.S. Han, X. Qin, Z. An, Y. Zhu, L. Liang, Y. Han, W. Huang and X. Liu, Nature Commun., 2016, 7, 13059.
6.R. R. Deng, F. Qin, R. F. Chen, W. Huang, M. H. Hong and X. G. Liu, Nature Nanotechnol., 2015, 10, 237-242.
7.Z. F. An, C. Zheng, Y. Tao, R. F. Chen, H. F. Shi, T. Chen, Z. X. Wang, H. H. Li, R. R. Deng, X. G. Liu and W. Huang, Nature Mater., 2015, 14, 685-690.
8.H. B. Sun, S. J. Liu, W. P. Lin, K. Y. Zhang, W. Lv, X. Huang, F. W. Huo, H. R. Yang, G. Jenkins, Q. Zhao and W. Huang, Nature Commun., 2014, 5, 3601.
本文由Z. Chen供稿，材料牛整理編輯。
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