Adv. Energy Mater. ：二维纳米片光电特性调谐

【引言】

二维半导体纳米片（NPLs）作为一种新兴的光敏材料，由于其高吸收系数，高载流子迁移率，厚度相关的光透射率等特点，使得这种材料在光电器件领域得到大量应用。但是传统纳米片大尺寸的缺点导致了缺陷的带间能级和低的量子收率（Quantum yield，QY）

【成果简介】

近日，电子科大长江学者Federico Rosei教授（通讯作者），加拿大魁北克大学Haiguang Zhao博士（通讯作者）和瑞典吕勒奥理工大学Alberto Vomiero教授（通讯作者）等人研究发现，超微型的铅硫族化物PbSe_1-xS_xn纳米片的量子产额史无前例的达到了60%，在一些结构中甚至还可更高。在光化学系统中，采用该种纳米片作为光吸收体，饱和光电流可以达到5.0mA.cm^-2，这也创造了太阳能驱动氢气产生中纳米片电极的新记录。实验结果证明超微型纳米片在光活性纳米材料领域具有重大的发展潜力。

【图文导读】

图1 近红外纳米片（NIR NPLs）的形态，组合及表征

图（A）纳米片的制备流程

图（B,C ＆E-G）PbSe_1-xS_xn（Se:S=3:1）的TEM亮场图像, E,F,G中的Pb分别使用了PbBr₂,PbCl₂,PBbSe作为前驱体

图（D）使用PbCl₂作为前驱体的PbSe_1-xS_xn（Se:S=3:1）的EDS谱

图2 纳米片的光学特性

图（A）PbSe_1-xS_xn经过阳离子交换处理前后的吸收谱和PL谱

图（B）不同反应浓度下的PbSe_1-xS_xn的典型PL衰减曲线以及其拟合曲线，激发光波长为450nm

图（C）PbSe_1-xS_xn量子点和圆柱体纳米片的示意图，以及PbSe_1-xS_xn量子点和圆柱体纳米片的实验和仿真的带隙与PbS厚度之间的关系

图（D）表中列出了不同组份和使用不同先驱体的PbSe_1-xS_xn的光学特点

图3 超快瞬态传输测量

图（A）0.3 ps的泵浦探测延迟下，归一化的ΔT/T谱

图（B）500ps的泵浦探测延迟下，归一化的ΔT/T谱

图（C）泵浦探测最大延迟下，不同组份样品的ΔT/T谱的动态变化

图4 纳米片光电阳极的压电特性

图（A）压电系统的精确能带校准，TiO₂和纳米片的能级估算都是基于UPS测量的基础上

图（B）TiO2/NPLs/ZnS, TiO2/PbS/CdS QDs/ZnS, 和TiO2/Cd-NPLs/ZnS 光电阳极薄膜各自的J-V曲线, 光照强度是100mW.cm^-2

图（C）电流密度与光照时间的关系，电压是0.8V，光照强度是100mW.cm^-2

【小结】

文中提出了一种简单的方法来合成超微型纳米片，即通过温度辅助阳离子交换的方法。超微型NIR NPLs表面具有紧凑的钝化配体，并且表现出3D量子化电子行为，高达60%的QY，以及能带可调谐的特点，在LED，热传感器，发光太阳能集热器，太阳能电池，氢气产生等领域具有重大的应用潜力。

文献链接：Ultrasmall Nanoplatelets: The Ultimate Tuning of Optoelectronic Properties（Adv. Energy Mater. , 2017, DOI:10.1002/aenm.201602728）

本文由材料人电子电工学术组hxxurui供稿，材料牛整理编辑。

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