近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)工所納米調(diào)控與生物力學(xué)研究中心在2D-2D二維超薄異質(zhì)結(jié)研究方面獲得新進展。相關(guān)成果以From one to two: In situ construction of an ultrathin 2D-2D closely-bonded heterojunction from a single-phase monolayer nanosheet(《由一生二——單相單層納米片原位構(gòu)建2D-2D超薄異質(zhì)結(jié)》)為題發(fā)表在《美國化學(xué)會志》(Journal of the American Chemical Society)上。以色列理工博士邢政、西北大學(xué)副教授胡軍與深圳先進院副研究員馬明為文章共同第一作者，北京大學(xué)深圳研究生院教授楊世和與深圳先進院研究員李江宇為文章通訊作者。
發(fā)展至今，納米材料的合成制備在其組分、尺寸和形貌上已經(jīng)得到了精準(zhǔn)地控制，各種納米級的制備手段也被巧妙地開發(fā)出來，實現(xiàn)了諸如等離子體、金屬納米粒子、金屬硫族化物量子點以及多組分的納米顆粒等材料的制備與合成。同時，隨著制備技術(shù)及手段的成熟化，使用濕法化學(xué)合成法便可實現(xiàn)納米材料原子級尺度的制備，包括原子線和原子厚度的二維納米片，如石墨烯、過渡金屬二鹵化物(TMD)和過渡金屬氧化物等。各國研究人員通過濕化學(xué)方法進行了2D-2D超薄異質(zhì)結(jié)構(gòu)建的多種嘗試，但迄今為止，2D-2D復(fù)合材料依然需要較為復(fù)雜的制備過程，及通常表現(xiàn)出較弱的界面結(jié)合狀態(tài)，因此合理的設(shè)計思路和簡單高效的制備手段是實現(xiàn)2D-2D超薄異質(zhì)結(jié)構(gòu)建的關(guān)鍵。
該研究開發(fā)了一種溫和的化學(xué)合成方法，實現(xiàn)了Bi2O2S 在單層Bi2WO6的原位生長，從而組裝制備出超薄二維異質(zhì)結(jié)納米片。該二維異質(zhì)結(jié)納米片中的強界面結(jié)合使得其產(chǎn)生類似大分子的特征，也是導(dǎo)致電荷載流子分離效率極大提高的主要因素。相比于純的Bi2WO6納米片，超薄二維異質(zhì)結(jié)納米片實現(xiàn)了4倍以上的光電流響應(yīng)，同時在光催化分解水體系統(tǒng)中產(chǎn)生了8倍以上的氫氣。此外，該異質(zhì)結(jié)可實現(xiàn)全可見光吸收，并促使光陽極起始電位向更負的方向偏移。該方法同時也期望被應(yīng)用于其他含鉍材料，包括Bi2O2CO3、鉍氧鹵化物(BiOI、BiOBr等)、含有[Bi2O2]的氧硫族化合物等，對于開發(fā)先進的催化劑、電池及能源轉(zhuǎn)換器件等具有重要意義。