注：文末有本文作者科研思路分析
近日，中国科学院深圳先进技术研究院的喻学锋研究员（点击查看介绍）与李佳副研究员（点击查看介绍）合作在钙钛矿/黑磷纳米复合材料的研究领域取得新进展，通过简单的液相制备工艺，成功在黑磷纳米片上原位生长全无机钙钛矿纳米晶颗粒，制备出零维钙钛矿/二维黑磷低维异质结结构，该结构表现出优异的光电应用潜力。
近年来，零维纳米晶体或量子点分布于二维材料表面组成的低维复合纳米结构引起研究者的广泛关注。这类纳米复合材料可以提供更多的自由度来设计各种低维量子系统，通过结合零维和二维材料各自的材料特性优势发挥协同效应，为实现高性能的光电子器件提供新的机遇。二维黑磷和零维钙钛矿各自拥有杰出的光电特性，将二者结合必将为光电子学的基本原理探索和高性能光电器件的应用提供重要的支持。
在这项工作中，研究者设计和构建了一种全新的零维-二维复合材料体系，使用简单的液相制备工艺，成功实现了全无机钙钛矿纳米晶直接在黑磷纳米片上的原位生长，获得了结构均匀、形貌可控和优异光电可调性的高质量低维复合材料。该复合材料将黑磷的优异电学特性与钙钛矿纳米晶或量子点材料独一无二的光学特性结合，为实现高性能的光电子器件提供了新的材料体系。
相关成果发表在Chemical Communications 上，论文的第一作者是深圳先进技术研究院的助理研究员黄浩。
该论文作者为：Hao Huang, Jia Li, Ya Yi, Jiahong Wang, Yihong Kang, Paul K. Chu, H. C. Ong and Xue-Feng Yu
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In situ growth of all-inorganic perovskite nanocrystals on black phosphorus nanosheets
Chem. Commun., 2018, 54, 2365, DOI: 10.1039/C8CC00029H
导师介绍
喻学锋
http://www.x-mol.com/university/faculty/47837
李佳
http://www.x-mol.com/university/faculty/49642
科研思路分析
Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？
A：如上所述，我们的研究兴趣是构建低维复合体系，将零维纳米材料和二维材料的优异特性相互结合，最终实现高性能的光电应用。黑磷作为后石墨烯时代二维材料的新秀，是直接带隙半导体，且带隙可调（单层2.0 eV~块体0.3 eV），其载流子迁移率可达1000 cm2•V-1•s-1，是桥连石墨烯和过渡金属二维材料的重要节点，黑磷优异的理化性能由此引起广泛的关注。同样，钙钛矿纳米颗粒或量子点拥有优异的量子效率、光吸收特性以及灵活的光谱可调性，在光电器件领域具有极其广阔的应用前景。结合这两种材料各自的独特优势，发挥协同效应，可以为高性能光电子器件的应用提供新的机遇。
Q：研究中遇到哪些挑战？
A：该研究中最大的挑战是寻找一种简单、合适的体系以兼顾黑磷纳米片的剥离制备和钙钛矿纳米晶在黑磷表面的原位生长。传统液相剥离溶剂如NMP、DMF等易在黑磷片层上残留，不利于钙钛矿的生长；同时高温手段制备钙钛矿量子点也很有可能会破坏二维黑磷的性能。受益于我们团队在黑磷纳米片制备、修饰以及钙钛矿纳米晶制备方面积累的丰富经验，我们最终成功实现了钙钛矿纳米晶颗粒在黑磷纳米片上的原位生长。
此外，高性能器件的构建不仅需要底层材料的创新，还需要电子器件方向的储备，而我们团队在电子器件的设计和制备方面缺乏足够的经验，未来希望与相关领域的科研工作者一起合作，从底层材料创新出发，推动高性能光电器件的研究达到更高的层次。
Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？
A：钙钛矿/黑磷低维复合材料采用简单的液相原位生长的方式构建，钙钛矿和黑磷之间紧密接触，并可证实钙钛矿和黑磷界面间的能量或者电荷转移。可控的形貌以及光电特性使该低维异质结在太阳能电池、光电探测器、光电传感器等光电器件领域拥有广阔的应用前景。另外，论文中发展的简单构建低维异质结构的方法也为其他类型低维复合材料的研究提供了新的思路。
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