2D材料丰富3D世界——二硫化钼

材料牛注：在材料领域，石墨烯的大名可是如雷贯耳的。自从二维材料面世以来，掀起了一股研究的浪潮。二硫化钼也是一种二维材料，研究人员通过将有机半导体和二硫化钼复合制造光电子器件，极大的增大了光吸收强度，且电荷转移速度超快。可以说，2D材料极大的丰富了我们的世界，给我们的生活带来了很大的便利。

在过去十年中，二维（2D）材料获得了越来越多科学家的关注。2D材料仅具有单个或少数原子层厚度，可由不同元素或其组合而成。自从Andre Geim和Konstantin Novoselov首次使用石墨块和普通胶带发现了2D材料石墨烯并因此获得诺贝尔奖后，科学家们对2D材料给予了极大的关注。石墨烯超级轻，但是强度极高，约为钢的200倍，且是一个极好的导体。科学家们发现石墨烯具有比块状石墨更优异的性能，所以他们决定研究其他2D材料观察其性能提高是否具有普适性。

罗格斯大学的毕业生Christopher Petoukhoff目前在日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）的飞秒光谱部门研究二维材料二硫化钼（MoS2）。他的研究集中在2D材料的光电子应用，或材料如何检测和吸收光方面。光电子在当今世界中是普遍存在的，从自动门和干手器中的光电检测器，到太阳能电池，到LED灯，但是任何站在自动水槽前面的人都会毫不犹豫地挥挥双手来让它工作这一点将告诉你，光电子应用还有很大的改进余地。 2D MoS2对于在光电检测器中使用特别有意义，因为其能够吸收与当前使用的50nm硅衬底相同量的光，但是厚度薄了70倍。

Petoukhoff在Keshav Dani教授的指导下，尝试通过向有机半导体中添加二维MoS2层来改善光电子器件，使其具有与MoS2类似的吸收强度。理论表明MoS2层和有机半导体之间的相互作用能导致有效的电荷转移。Petoukhoff的研究发表在ACS Nano，首次证明这两层之间的电荷转移发生在超快速时间量级，小于100飞秒，或百万分之一的千万分之一秒。

然而，这些材料的薄度成为其作为光伏或光能转换装置的效率的限制因素。光吸收装置，例如太阳能电池和光电探测器，需要一定量的光学厚度，以便吸收光子，而不允许光子透过器件。为了克服这一点，来自飞秒光谱部门的研究人员向有机半导体-MoS2杂化体系添加了一系列银纳米颗粒或等离子体超材料表面，用以将器件中的光聚焦和定位。添加的超材料表面增加了材料的光学厚度，同时利用了超薄有源层的独特性能，从而增加了总的光吸收量。

虽然这项研究仍处于起步阶段，但它对未来的影响是巨大的。光电子器件与2D材料的复合具有革命性的市场潜力。常规的光电子器件制造昂贵，并且通常由稀有或有毒元素（例如铟或砷）制成。有机半导体制造成本低，并且由来源丰富且无毒的元素制成。这项研究可以潜在地提高光电子的成本和效率，有望在未来生产出更好的产品。

原文链接：2-D Materials Enhance a 3-D World.

文献链接：Ultrafast Charge Transfer and Enhanced Absorption in MoS2–Organic van der Waals Heterojunctions Using Plasmonic Metasurfaces.

本文由编辑部丁菲菲提供素材，应豆编译，点我加入材料人编辑部。

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