InfoMat：新加坡南洋理工大学刘政课题组：微波辅助空间限域合成三元层状BiOCl单晶及其高性能紫外光探测应用

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文章简介

近日，新加坡南洋理工大学刘政课题组等多团队合作，发展了一种简单而可靠的微波辅助空间限域方法，可以在短时间内（<3分钟）合成出高质量二维三元层状BiOCl晶体。基于BiOCl晶体制备的光电探测器对波长266nm激光具有很高的灵敏度。光响应度约为8 A/W，响应时间可达18 ps。另外，该BiOCl光电探测器具有很好的稳定性，暴露在空气环境中三周后，其光响应性能几乎不变。

该工作以“Space-confined microwave synthesis of ternary-layered BiOCl crystals with high-performance ultraviolet photodetection”为题发表在InfoMat (DOI:10.1002/inf2.12033)上。

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研究背景

自石墨烯发现以来，二维材料家族不断壮大。但主流的研究对象主要集中在一元烯类和二元过渡金属硫族化合物（TMDCs）。近年来，三元层状材料因其独特的性能而越来越受到人们的关注和思考。与一元或二元层状材料相比，三元层状材料组成成分的调节具有更大的自由度和可调空间，可以通过元素种类的变化来改变它们的化学和物理性质。作为一种新型的层状三元材料，卤氧铋BiOX（X=Cl, Br, I）近年来在光催化能量转换和环境保护领域引起了广泛的关注和兴趣。与BiOI和BiOBr相比，BiOCl具有较大的带隙，接近3.2 eV，具有很强的光敏性，在紫外光波段具有很好应用的前景。然而，到目前为止，大多数BiOCl合成工作都集中在成熟的液相法上。溶液法获得的BiOCl不仅质量低，而且表面常常存在污染物残留，严重阻碍了其在光电转换和半导体器件领域的实际应用。为了扩大二维三元材料的种类并研究其特殊性能，探索新的三元层状化合物和开发可靠的合成方法是非常迫切和需要的。

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研究亮点

该工作发展了一种简单而可靠的微波辅助空间限域方法，把适量的前驱体BiCl3粉体置于两片二氧化硅之间，形成限域空间，同时利用空气中的水分，在普通的家用微波炉中，短时间内（<3分钟），在平整的基底表面合成出高质量二维三元层状BiOCl晶体（图1），并显示出优异的紫外光探测性能。

图1 微波辅助空间限域合成BiOCl晶体示意图

与传统的CVD加热不同，微波辅助空间限域利用极性分子在电磁场中旋转，实现电磁能转化为热能。这种微波辅助加热工艺简单、快速；不仅可以相对较容易获得高质量BiOCl晶体，也为其它二维原子晶体的结构控制合成提供了更多的选择。

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团队介绍

刘政, 通讯作者，刘政于2005 年获得本科毕业于南开大学物理学士学位，2010 获得国科大（博士毕业于中科院国家纳米中心）博士学位，之后在Rice 大学进行博士后研究。2013年年底，以南洋助理教授入职新加坡南洋理工大学，现任南洋理工大学材料科学与工程学院副教授、新加坡材料学会讲席教授。目前的主要研究方向为二维材料的合成以及器件和能源方面的应用。发表学术文章200余篇，其中20余篇论文发表在Nature/Science系列期刊上。截止目前，总被引用文总数超过21，000余次，h指数H因子67。2012年获得世界科技奖能源类提名。2013年获得新加坡NRF Fellowship以及南洋助理教授。2018年获得新加坡青年科学家奖。同年入选高引科学家名单。

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