东北林大冯伟教授、李斌教授与哈工大胡平安教授《ACS AMI》:基于超薄二维Bi2O2S纳米片的具有优异性能的PEC光电探测器

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光电探测器作为现代社会的重要电子器件，广泛应用在光通信、成像传感器、环境监测和导弹探测等领域。二维材料具有优异的电学、光学、机械性能，在高性能光电探测器领域表现出巨大的潜力。目前二维材料光电探测器主要包括光导型和异质结光伏型，二者需要较大的驱动电压或复杂的制备过程。光电化学型（PEC）光电探测器是一种制作工艺简单、具有自驱动功能的新型光电探测器，近来引起广泛的关注。
近期，东北林业大学冯伟教授、李斌教授与哈尔滨工业大学胡平安教授课题组联合开发了一种简单、易于规模化且环保的化学合成方法，在室温下成功制备超薄Bi₂O₂S纳米片；基于超薄二维Bi₂O₂S纳米片的PEC光电探测器具有优异的光电探测性能，优于多数二维材料PEC光电探测器。相关研究成果以“High-performance broadband photoelectrochemical photodetectors based on ultrathin Bi₂O₂S nanosheets”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces。 
示意图：a) 二维Bi₂O₂S纳米片的室温化学合成过程。b)二维Bi₂O₂S PEC光电探测器的评估示意图。 
图1：超薄Bi₂O₂S纳米片的结构和形态表征。a) 真空干燥Bi₂O₂S纳米片的XRD图。插图：Bi₂O₂S的晶体结构。b)用532 nm激光测量的拉曼光谱，功率强度为1 mW。c) 超薄Bi₂O₂S纳米片的AFM图像和相应的高度剖面。d) UV-Vis-NIR吸收光谱和相应的Tauc曲线。 
图 2. 超薄Bi₂O₂S纳米片的微观结构和元素组成。a-c) TEM图像、HRTEM图像和相应的 SAED图案。d-f) Bi4f、O1s和S2s的XPS峰。 
图 3. 2D Bi₂O₂S PEC光电探测器的光电特性。a) 自供电2D Bi₂O₂S PEC在各种波长的光（365、455、525、630和850 nm）照射下的光响应。b，c）分别由各种波长的光照射的自供电2D Bi₂O₂S PEC的相应I_ph和计算的R。d) 2D Bi₂O₂S PEC在各种波长的光（365、455、525、630和850 nm）和0.6 V的偏置下的光响应。e，f）分别由各种波长的光照射、0.6 V的偏置下2D Bi₂O₂S PEC的相应I_ph和计算的R。 
图 4. 2D Bi₂O₂S PEC光电探测器的响应速度和稳定性。a) 在1.0 M KOH和365 nm光照射下自供电光电探测器的放大开/关循环。b) 在1.0 M KOH、0.6 V的偏置电压和365 nm光照射的光电探测器的放大开/关循环。c) 2D Bi₂O₂S PEC光电探测器在0.6 V偏置下5000秒（250次循环）的长期稳定性测试。d）从 3000-4000 秒截取的50次循环。 这项工作开发了一种简便且环保的方法，实现室温下超薄二维Bi₂O₂S纳米片的大规模合成，并展示了它们在宽探测光谱PEC光电探测器中的巨大应用潜力。该工作第一作者为东北林业大学硕士生杨绪轩和屈栎杭同学，通讯作者为东北林业大学冯伟教授、李斌教授和哈尔滨工业大学胡平安教授。该工作得到了国家自然科学基金、黑龙江省优秀青年基金、国家博士后基金和黑龙江省博士后基金的资助。 冯伟教授课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/wfeng

原文链接

High-Performance Broadband Photoelectrochemical Photodetectors Based on Ultrathin Bi₂O₂S Nanosheets, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022. 
https://doi.org/10.1021/acsami.1c22448

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