湘潭大學祁祥和黃宗玉教授EEM綜述：石墨烯以外的二維材料的可調諧電子和光學特性，具有廣闊的應用前景

youyoucao 2年前 (2021-10-15) 2742瀏覽

成果簡介

近日，湘潭大學祁祥教授和黃宗玉教授在Energy & Environmental Materials上發表了題為“Tunable Electronic and Optical Properties of 2D Monoelemental Materials Beyond Graphene for Promising Applications”的綜述性論文。作為一種新型的二維（2D）材料，單元素二維材料具有與石墨烯相似的原子結構，其優異的光學和電子特性在許多領域具有潛在的應用前景。迄今為止，已經報道了許多基于單元素二維材料的研究，并在各個領域展示了優異的性能。報道的單元素二維材料主要分布在IIIA、IVA、VA和VIA族中。由于它們與石墨烯的結構相似，它們通常被稱為“Xenes”。在此，作者全面回顧了單元素二維材料的研究進展。在這篇綜述中，探索了這些單元素二維材料的結構、性能和實際應用。介紹了這些單元素二維材料的分類、結構特征、光學性質、電子特性和調控機制。全面回顧了單元素二維材料在各個領域的實際應用和研究進展，特別是包括光電催化、太陽能電池等能源領域。這篇綜述將使讀者對單元素二維材料有更全面的了解，對其進一步發展具有一定的指導意義。

文章簡讀

近年來，二維（2D）材料因其獨特的晶體結構和各方面的優異性能而受到廣泛關注。在石墨烯成功發展的推動下，成功制備了大量二維材料，極大地推動了二維材料的興起和發展。石墨烯因其極低的載流子有效質量、極高的載流子遷移率和極低的暗電流而被認為是高性能場效應晶體管器件的有希望的候選者。然而，石墨烯難以打開帶隙導致“開/關”比較低，限制了石墨烯在電子器件領域的進一步發展。
隨著二維材料的不斷發展，已經成功合成了大量二維材料，如過渡金屬二硫化物（TMD）、金屬氮化物/碳氮化物（MXenes）和六方氮化硼（h-BN）。這些二維材料具有相當獨特的二維原子結構、優異的光電性能、良好的穩定性和生物相容性，使其在光催化、電催化、光電探測器和生物醫學等諸多領域具有廣闊的應用前景。盡管這些二維材料表現出良好的載流子遷移率，但它們的遷移率比石墨烯低幾個數量級，仍然不能滿足一些實際應用的要求。因此，研究人員開始關注原子結構與石墨烯相似的單元素二維材料。
最近，一種新型的單元素二維材料被成功合成并迅速引起了廣泛關注。迄今為止報道的單元素二維材料主要分布在主族IIIA（B、Al、Ga 和 In）、IVA（Si、Ge、Sn 和 Pd）、VA（P、As、Sb 和 Bi）和VIA（Se和Te）元素周期表。類似于石墨烯的命名法，這些單元素二維材料通常以元素和后綴“ene”的組合命名，例如，硼烯、鍺烯、碲烯。由于它們都由相同的元素組成，因此通常統稱為“Xenes”。

本文對單元素二維材料的研究進展進行了綜述。詳細總結了它們的結構特征、合成方法、電子和光學性質，并分析了其性能的調控機制。隨后，對近年來單元素二維材料的研究進展進行總結，重點介紹了單元素二維材料在電子學和光電子學領域的應用。最后，討論了如何進一步擴展單元素二維材料的實際應用，以及如何實現基于單元素二維材料的高性能光電器件。這篇綜述將有助于讀者全面了解單元素二維材料，并為其進一步的研究和開發提供一定的理論指導。

圖文簡介

圖1.?a) 對于使用 GGA-PBE 函數計算的不同應變值。b) 5×7超胞中黑磷單空位和雙空位的不同幾何結構。c) 4×4×1 單空位硅烯的電荷密度。d) 鋰離子改性后的硼烯。e) 不同氧濃度下二維銻烯的電子結構。f) Ag（111）表面內硼納米結構的結構演變和晶格匹配。g) stanene 和 MoS2?單層的能級配置示意圖。

圖2. a)?Te納米片@GSH的合成過程及其在MSOT和PDT中的潛在應用。b) BP-BG 支架制造過程和成骨治療策略示意圖。c) 用于檢查BP的所有光調制行為的Pump–probe示意圖。d) 二維 Te納米片分散體屏幕在k = 457、532和457 nm 處分別接收到的衍射環圖像。e) 在鍺烯上以最穩定構型吸附氣體分子的原子結構。

文獻鏈接

Hui Qiao, Huating Liu, Zongyu Huang*, Rong Hu, Qian Ma, Jianxin Zhong, Xiang Qi*.

Tunable Electronic and Optical Properties of 2D Monoelemental Materials Beyond Graphene for Promising Applications.?Energy?Environ.?Mater.?2020.

DOI: 10.1002/eem2.12154
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12154

本文由EEM期刊投稿。

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