Ukonventionel løsningsproces til 2-D heterostruktur

Opløsningsforarbejdede overgangsmetalchalcogenid (TMD) nanosheets udviser begrænset lysabsorption og lav kvanteeffektivitet på grund af deres atomskala tykkelser og store specifikke overfladeareal ledsaget af en høj densitet af overfladefejl, som har begrænset deres applikationer inden for optoelektronik.

Xiao Huang og kolleger fra Nanjing Tech University, der arbejder med syntesen af ​​2-D-nanomaterialebaserede hybrider og deres anvendelser i sensing- og energirelaterede applikationer, har demonstreret en vådkemisk metode til dyrkning af organisk-uorganisk hybrid perovskit (MAPbBr ₃ , MA =CH ₃ NH ₃ ⁺ ) NC'er på overflader af dispergerbar MoS ₂ nanosheets. Deres resultater er blevet offentliggjort i Science China Materials .

For nylig, TMD'er og organisk-uorganiske hybridperovskitter er blevet kombineret til heterostrukturer med det formål at gifte sig med deres elektroniske og optiske egenskaber. Huang, lederen af ​​forskningsgruppen, siger, "Sådanne heterojunctions er hovedsageligt blevet realiseret via faststofsmetoder, der typisk involverer kemisk dampaflejring (CVD), mekanisk eksfoliering og/eller tør overførsel som er svære at opskalere til praktiske anvendelser. Direkte vækst af perovskitkrystaller på dispergerbare 2-D-materialer i opløsning muliggør skalerbar produktion af opløsningsforarbejdbare heterostrukturer, men er ikke blevet realiseret, fordi udfældning af perovskitkrystaller normalt kræver et upolært opløsningsmiddel, som er uforenelig med de fleste solvationsbetingelser for 2-D-materialer. "

Ved at justere solvationsbetingelserne, kubisk-faset MAPbBr ₃ (MA =CH ₃ NH ₃ ⁺ ) nanokrystaller blev epitaksielt afsat på trigonal/hexagonal-faset MoS ₂ nanosheets i løsning. På trods af den uoverensstemmende gittersymmetri mellem den firkantede MAPbBr ₃ (001) overlag og det sekskantede MoS ₂ (001) substrat, to separate justeringsretninger med et gitterfejl på så lille som 1 procent blev observeret baseret på den domæne-matchende epitaxy. Dette skyldtes sandsynligvis den fleksible karakter og fravær af MoS's hangende bindinger ₂ nanosheets. Dannelsen af ​​den epitaksiale grænseflade giver en effektiv energioverførsel fra MAPbBr ₃ til MoS ₂ .

Den dispergerbare MAPbBr ₃ /MoS ₂ epitaksiale heterostrukturer kan kastes direkte mellem to grafitelektroder tegnet med blyant på et stykke papir for at danne en fotodetektor med enkel konfiguration, og demonstrerede den meget forbedrede ydeevne i forhold til at bruge MoS ₂ eller MAPbBr ₃ alene på grund af den forbedrede lysabsorbering og forbedrede energioverførsel.

Ud over den forbedrede energioverførsel og lysabsorption, brugen af ​​MoS ₂ nanosheets leverede fleksible og kontinuerlige substrater til at forbinde den ellers diskrete MAPbBr ₃ nanokrystaller og opnåede den bedre filmdannende evne.

Prof. Xiao Huang siger, "Den skalerbare forberedelse af heterostrukturer baseret på organisk-uorganiske hybrid-perovskitter og 2-D-materialer via løsningsfase-epitaxy kan medføre flere muligheder for at udvide deres optoelektroniske applikationer."