Adv. Energy Mater. ：二維納米片光電特性調諧

【引言】

二維半導體納米片（NPLs）作為一種新興的光敏材料，由于其高吸收系數，高載流子遷移率，厚度相關的光透射率等特點，使得這種材料在光電器件領域得到大量應用。但是傳統納米片大尺寸的缺點導致了缺陷的帶間能級和低的量子收率（Quantum yield，QY）

【成果簡介】

近日，電子科大長江學者Federico Rosei教授（通訊作者），加拿大魁北克大學Haiguang Zhao博士（通訊作者）和瑞典呂勒奧理工大學Alberto Vomiero教授（通訊作者）等人研究發現，超微型的鉛硫族化物PbSe_1-xS_xn納米片的量子產額史無前例的達到了60%，在一些結構中甚至還可更高。在光化學系統中，采用該種納米片作為光吸收體，飽和光電流可以達到5.0mA.cm^-2，這也創造了太陽能驅動氫氣產生中納米片電極的新記錄。實驗結果證明超微型納米片在光活性納米材料領域具有重大的發展潛力。

【圖文導讀】

圖1 近紅外納米片（NIR NPLs）的形態，組合及表征

圖（A）納米片的制備流程

圖（B,C ＆E-G）PbSe_1-xS_xn（Se:S=3:1）的TEM亮場圖像, E,F,G中的Pb分別使用了PbBr₂,PbCl₂,PBbSe作為前驅體

圖（D）使用PbCl₂作為前驅體的PbSe_1-xS_xn（Se:S=3:1）的EDS譜

圖2 納米片的光學特性

圖（A）PbSe_1-xS_xn經過陽離子交換處理前后的吸收譜和PL譜

圖（B）不同反應濃度下的PbSe_1-xS_xn的典型PL衰減曲線以及其擬合曲線，激發光波長為450nm

圖（C）PbSe_1-xS_xn量子點和圓柱體納米片的示意圖，以及PbSe_1-xS_xn量子點和圓柱體納米片的實驗和仿真的帶隙與PbS厚度之間的關系

圖（D）表中列出了不同組份和使用不同先驅體的PbSe_1-xS_xn的光學特點

圖3 超快瞬態傳輸測量

圖（A）0.3 ps的泵浦探測延遲下，歸一化的ΔT/T譜

圖（B）500ps的泵浦探測延遲下，歸一化的ΔT/T譜

圖（C）泵浦探測最大延遲下，不同組份樣品的ΔT/T譜的動態變化

圖4 納米片光電陽極的壓電特性

圖（A）壓電系統的精確能帶校準，TiO₂和納米片的能級估算都是基于UPS測量的基礎上

圖（B）TiO2/NPLs/ZnS, TiO2/PbS/CdS QDs/ZnS, 和TiO2/Cd-NPLs/ZnS 光電陽極薄膜各自的J-V曲線, 光照強度是100mW.cm^-2

圖（C）電流密度與光照時間的關系，電壓是0.8V，光照強度是100mW.cm^-2

【小結】

文中提出了一種簡單的方法來合成超微型納米片，即通過溫度輔助陽離子交換的方法。超微型NIR NPLs表面具有緊湊的鈍化配體，并且表現出3D量子化電子行為，高達60%的QY，以及能帶可調諧的特點，在LED，熱傳感器，發光太陽能集熱器，太陽能電池，氫氣產生等領域具有重大的應用潛力。

文獻鏈接：Ultrasmall Nanoplatelets: The Ultimate Tuning of Optoelectronic Properties（Adv. Energy Mater.?, 2017, DOI:10.1002/aenm.201602728）

本文由材料人電子電工學術組hxxurui供稿，材料牛整理編輯。

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