第一作者：蘇柳梅，湯賢
通訊作者：李煜博士，張晗教授
通訊單位：深圳大學(xué)
核心提示
1、近日，深圳大學(xué)李煜博士、張晗教授(共同通訊作者)等通過電化學(xué)剝離與同步鹵化技術(shù)一步合成了表面功能化的少層銻烯，利用能帶工程實(shí)現(xiàn)了少層銻烯從結(jié)構(gòu)到電子和光學(xué)性質(zhì)的有效調(diào)控，并在AFM上發(fā)表了題為“Halogenated Antimonene: One-StepSynthesis, Structural Simulation, Tunable Electronic and Photoresponse Property”的研究論文。2、結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬和第一性原理計(jì)算，進(jìn)一步研究了銻烯鹵化效應(yīng)對(duì)電子性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)的影響。3、該工作中通過電化學(xué)合成與同步鹵化來調(diào)控二維材料電子特性的簡(jiǎn)便方法可推廣到其他二維材料的化學(xué)功能化調(diào)控，并應(yīng)用于電子和光電領(lǐng)域。
研究背景
1、石墨烯的發(fā)現(xiàn)開啟了二維材料世界的大門，大量的二維材料及其新奇的特性被相繼發(fā)現(xiàn)，涵蓋金屬、半導(dǎo)體和絕緣體等。二維(2D)材料由于其優(yōu)異的電子特性和潛在的電子應(yīng)用前景而引起了極大的興趣。二維層狀材料如黑磷、金屬硫化物是繼石墨烯之后的熱門的二維半導(dǎo)體材料，它們具備獨(dú)特的各向異性光電特性和電學(xué)特性，被應(yīng)用在場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光電元件、氣體傳感器以及太陽能電池等多個(gè)方面。2、通過應(yīng)變、缺陷、摻雜、電場(chǎng)以及表面功能化等各種策略調(diào)整銻烯的電子結(jié)構(gòu)已在理論上得到廣泛研究。大量研究表明，環(huán)境穩(wěn)定性、電導(dǎo)率、載流子遷移率、磁性和光學(xué)性質(zhì)可以通過功能性物質(zhì)和吸附原子的表面功能化實(shí)現(xiàn)二維材料的定制。
圖文賞析
圖1、電化學(xué)剝離與同步鹵化制備鹵化銻烯過程
圖2、XRD和拉曼光譜表征
a) 不同鹵化銻烯的XRD圖譜；
b)不同鹵化銻烯的拉曼光譜。
圖3、AFM表征
氟化、氯化、溴化和碘化銻烯AFM圖像和高度分布圖。
圖4、HRTEM表征
氟化、氯化、溴化和碘化銻烯的HRTEM圖。納米片在剝離和鹵化后，局部會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形結(jié)構(gòu)，其余部分仍然是晶體結(jié)構(gòu)，具有典型的晶格條紋特征。
圖5、XPS能譜分析
a,b)氟化；c,d)氯化；e,f)溴化和g,h)碘化銻烯的高分辨率XPS能譜。
圖6、分子動(dòng)力學(xué)模擬及能帶結(jié)構(gòu)
a)從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬前后銻烯的結(jié)構(gòu)變化；
b)從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬過程勢(shì)能變化；
c)能帶結(jié)構(gòu)圖。
圖7、基于鹵化銻烯的光電化學(xué)型光電響應(yīng)行為
a)LSV曲線；
b)在0.6 V的偏壓和118.0mWcm-2的光功率強(qiáng)度下隨時(shí)間變化的開/關(guān)行為；
c,d)光電流密度隨外部偏壓V和光強(qiáng)度Pλ的變化；
e,f)光響應(yīng)率隨外部偏壓V和光強(qiáng)度Pλ曲線的變化。
全文總結(jié)
1、綜上所述，作者通過電化學(xué)剝離與同步鹵化技術(shù)一步合成了表面功能化的少層銻烯，實(shí)現(xiàn)了少層銻烯結(jié)構(gòu)、電子性能和光學(xué)性質(zhì)的調(diào)控，所制備的銻烯光電探測(cè)器具有自供電、外部偏壓和光強(qiáng)依賴的光響應(yīng)性能。2、結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬和第一原理性計(jì)算，作者揭示了鹵化過程對(duì)電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響，同時(shí)發(fā)現(xiàn)氧的引入誘使少層銻烯表面結(jié)構(gòu)發(fā)生重組和非晶化，有利于獲得顯著的帶隙。3、該工作提出的銻烯鹵化方法簡(jiǎn)單易行，可為其他二維材料的電子、光學(xué)應(yīng)用提供新的思路。
文獻(xiàn)信息：Halogenated Antimonene: One-Step Synthesis, Structural Simulation,Tunable Electronic and Photoresponse Property (AFM, 2019, 1905857.DOI: 10.1002/adfm.201905857)
團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介
深圳大學(xué)黑磷光電工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室成立于2016年，主要從事二維材料光學(xué)特性與生物光學(xué)特性研究，2016年入選深圳市海外高層次人才孔雀團(tuán)隊(duì)(1500萬無償資助)。已累計(jì)發(fā)表SCI論文200余篇包括AdvancedMaterials 10篇(影響因子21.950)、ChemicalSociety Reviews 3篇(影響因子40.182)、PNAS、NatureMaterials(影響因子39.235)、PhysicReports等，以第一作者或通訊作者發(fā)表SCI一區(qū)論文80篇，封面論文30篇，兩篇論文入選中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文，PNAS論文入選2018年中國光學(xué)十大進(jìn)展-應(yīng)用研究類，40篇論文引用過百次，ESI高被引論文46篇。本團(tuán)隊(duì)在納米光子領(lǐng)域取得了諸多國際一流成果，并與哈佛大學(xué)、瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院、新加坡南洋理工大學(xué)、深圳市人民醫(yī)院、韓國高麗大學(xué)、蔚山大學(xué)等國內(nèi)外頂尖科研機(jī)構(gòu)建立了合作，現(xiàn)有多學(xué)科背景的團(tuán)隊(duì)成員80余人。團(tuán)隊(duì)成員獲得國家青年基金資助20項(xiàng)，面上項(xiàng)目4項(xiàng)，國家重點(diǎn)項(xiàng)目2項(xiàng)(含聯(lián)合基金)、重大項(xiàng)目培育1項(xiàng)等。已有10人被評(píng)為深圳市高層次人才孔雀B/C類，獲得各項(xiàng)資助累計(jì)達(dá)5000萬。本實(shí)驗(yàn)室已培養(yǎng)近十位優(yōu)秀博士后，其畢業(yè)去向包括哈佛大學(xué)助理教授、廣東省杰青、高校特聘教授、研究員等。本實(shí)驗(yàn)生物醫(yī)藥方向的專家包括曹義海教授，瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院終身教授，歐洲科學(xué)院院士；國際知名的生物光子學(xué)與納米光子學(xué)研究專家ParasN. Prasad。
本團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張晗教授2010年畢業(yè)于南洋理工大學(xué)，2018年獲得深圳市青年科技獎(jiǎng)、中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新獎(jiǎng)(個(gè)人)、教育部科技二等獎(jiǎng)、全球高被引科學(xué)家、中國十大新銳科技人物卓越影響?yīng)劦龋?/span>2019年廣東省丁穎科技獎(jiǎng)。其SCI總他引兩萬多次，H指數(shù)74。本團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人獲得2012年國家基金委優(yōu)青及中組部青年千人、2015年重點(diǎn)項(xiàng)目、2017年面上項(xiàng)目，2018年面上項(xiàng)目，2019年國際合作重點(diǎn)項(xiàng)目等資助。
團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域工作匯總
據(jù)中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院最新公布的<<2017 研究前沿>>，深大團(tuán)隊(duì)一直從事并且引領(lǐng)的“基于二維材料可飽和吸收體的鎖模光纖激光器”研究被列為物理學(xué)Top 10 熱點(diǎn)，黑磷的特性及應(yīng)用研究領(lǐng)域有35篇論文入選核心論文(張晗以第一作者或通訊作者入選9篇，共計(jì)13篇)。此外，黑磷的特性研究在《2015 研究前沿》報(bào)告中以新興前沿出現(xiàn)，2016 年，進(jìn)一步成為了熱點(diǎn)前沿。今年，黑磷的特性研究再次入選熱點(diǎn)前沿，且該前沿2016年單年的施引論文數(shù)達(dá)到881 篇，是十個(gè)熱點(diǎn)前沿中最活躍的一個(gè)。本團(tuán)隊(duì)在鎖模激光和黑磷研究上已取得諸多重要突破。
優(yōu)質(zhì)文獻(xiàn)推薦
Tao W, Kong N, Ji X, et al. Emerging two-dimensionalmonoelemental materials (Xenes) for biomedical applications[J]. ChemicalSociety Reviews, 2019 ,48, 2891-2912Han Zhang* etc. Tactile Chemomechanical TransductionBased on an Elastic Microstructured Array to Enhance the Sensitivity ofPortable Biosensors. Advanced Materials, 2019, 31, 1803883.Han Zhang* etc. Ultrasensitive detection of miRNA with anantimonene-based surface plasmon resonance sensor, Nature communications, 2019,10,28.Han Zhang* etc. Biocompatible and biodegradable inorganicnanostructures for nanomedicine: Silicon and black phosphorus, Nano Today,2019, 25, 135-155.Guo, S., Zhang, Y., Ge, Y., Zhang, S., Zeng, H., Zhang,H., 2D V‐V Binary Materials: Status and Challenges. Adv. Mater. 2019, 1902352.https://doi.org/10.1002/adma.201902352
