文献速递 | 王鑫&宋军&项元江 Angew 二维硼烯光电性能研究
第一作者：王鑫 梁军武 游琪
通讯作者：王鑫 宋军 项元江
DOI:10.1002/anie.202010723
2020年9月，Angewandte Chemie International Edition杂志在线发表了深圳大学宋军教授团队在二维材料制备领域的最新研究成果。该工作报道了大面积二维硼烯的制备、带隙调控以及应用。论文第一作者为：王鑫，梁军武，游琪。论文通讯作者为：王鑫，宋军，项元江。
石墨烯等二维单元素材料由于其优异的电学，光学和化学性能，一直以来受到了广泛的关注。硼，在元素周期表中最接近碳元素，最近引起了人们极大的兴趣，其二维形态硼烯已经在理论和实验上被预测在电催化，光热和光电器件等领域具有巨大潜力，被认为是新一代的理想半导体材料。但是由于硼材料不是依靠层间范德华力的二维层状材料，因此很难采用传统的机械剥离法制备出原子级厚度的硼烯。制备方法的缺乏，导致其作为半导体材料的带隙可调性也尚未在实验中得到证实。
近日，深圳大学的王鑫研究员，宋军教授以及湖南大学的项元江教授合作，提出采用两步液相剥离法成功制备出少层的羟基官能化硼烯，并研究了其作为半导体材料的光电转换性能。
该方法首先采用2-丁醇作为溶剂对硼材料进行水浴超声获得硼纳米片，随后将其放在KOH水溶液中冰浴超声，对硼纳米片表面进行官能化处理以获得不同厚度的羟基官能化硼烯。对产物进行离心处理，可以获得带隙变化为0.65–2.10 eV 的不同厚度的硼纳米片/硼烯。
DFT理论模拟计算验证了羟基官能化硼烯带隙随厚度的变化而变化，并且表明硼烯是一种间接带隙的半导体材料。而且，DFT理论计算进一步表明，随着硼烯表面被羟基官能化，其半导体性能发生明显变化，当键合的羟基基团数量达到6个时，羟基官能化硼烯表现出理想的半导体性质，与实验结果一致。
最后，通过泊菲莱公司提供的PEC2000电化学光电探测评估其半导体性能。实验结果表明，羟基官能化硼烯具有优异的将光信号转化成电信号的能力，最大光响应度可达到58.5 μA/W，远大于其它的单元素二维材料，表明其优异的半导体光电性质。该工作为非层状二维半导体材料的制备以及性能改善提供了一种新的思路和方法。
总之，该团队成功地使用2-丁醇溶剂在液相剥离中制备了新型的二维半导体羟基官能化硼烯。硼材料和2-丁醇之间的表面能匹配导致产生光滑的硼烯，并且在剥落期间由B-B键断裂产生的新暴露的不饱和B位进一步与OH基团配位以形成半导体的羟基官能化硼烯。通过改变材料厚度来验证0.65–2.10 eV的可调带隙，这一点已通过DFT计算得到了进一步证实。与其他2D单元素材料相比，羟基官能化硼烯在PEC型光电探测器用作工作电极时，其最大Iph为5.0 μA/cm2，Rph为58.5 μA/W，表现出极好的光电化学性能。这项工作促进了羟基官能化硼烯的合成，并显示了其在光电子学领域的巨大潜力。
王鑫，深圳大学研究员。主要研究方向为：二维材料制备合成以及光催化的应用。在Angewandte，JMCA等国际一流期刊上发表论文10余篇。
宋军，深圳大学教授。主要研究方向为：纳米光子学技术在生物光子学检测以及能源方面的应用。在Angewandte等国际一流期刊上发表论文数十篇。
项元江，湖南大学教授。主要研究方向为：非线性光学及拓扑光子学方面的研究。在Science，PRL等国际一流期刊上发表论文数十篇。
游琪，深圳大学微纳光电子研究院在读博士。主要研究方向为：光电探测器、无机钙钛矿材料的制备及其相关器件的研究。
文献信息：
Xin Wang, Junwu Liang, Qi You, Jiaqi Zhu, Feier Fang, Yuanjiang Xiang, and Jun Song. Bandgap Engineering of Hydroxyl-Functionalized Borophene for Superior Photo-Electrochemical Performance. Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.202010723
https://doi.org/10.1002/anie.202010723
1、泊菲莱科技应邀参加第三届国际二维过渡金属碳化物（MXene）学术研讨会
素材来源：深圳大学宋军教授团队。