上海硅酸盐所等在新化合物合成方面取得系列进展

二维层状过渡金属三卤化物(MX3)由于其特殊的结构和物理性能引起了研究者极大兴趣。迄今为止,人们对MX3(如CrI3和RuCl3)晶体结构、电子结构和磁学性能等进行了大量的实验和理论研究,但对其它物理性质如光电子学的研究却很少,这是因为CrI3和RuCl3化合物在空气条件下都不稳定,严重阻碍了MX3基器件的制造和应用。因此,继续探索新型稳定的2D MX3材料对于研究新的物理现象和开发新的功能至关重要。

近日,中国科学院上海硅酸盐研究所先进材料与新能源应用研究团队与北京大学和华中科技大学共同合作,制备了新二维化合物RhI3,并从大块晶体中剥离出原子层厚度的RhI3薄片,研究其光学、电学性质和光探测行为。这种化合物表现出优越的空气和热稳定性,带隙的改变表现出与厚度的关联性(从1.1 (18L)到1.4 eV (2L) )。由少层RhI3薄片组成的场效应晶体管展现出n型半导体电学行为,载流子迁移率为2.5 cm2 V-1 s-1,开/关电流比为4×104。在室温下空气环境中,RhI3光电探测器在980 nm的光照下具有11.5 A W-1的响应率和2×10 Jones的高特异检出率。这些结果表明了原子薄RhI3薄片在未来2D电子和光电子器件中具有各种潜在应用。相关研究成果以Honeycomb RhI3 Flakes with High Environmental Stability for Optoelectronics为题发表在Advanced Materials上,论文共同第一作者为华中科技大学博士研究生王发坤和上海硅酸盐所博士研究生张壮,共同通讯作者为上海硅酸盐所研究员黄富强和华中科技大学教授翟天佑。

继新型二维化合物RhI3之后,研究团队在新化合物合成探索方面取得持续新进展。上海硅酸盐所博士研究生王阳通过高温固相法合成了新的五元氧硒杂阴离子化合物Sr4Pb1.5Sb5O5Se8,在中红外非线性光学和材料研究领域具有重要科学意义,相关研究成果以Sr4Pb1.5Sb5O5Se8 a new mid-infrared nonlinear optical material with a moderate SHG response为题发表在期刊CrystEngComm上。上海硅酸盐所硕士研究生林峰制备了新的希尔夫相的超导化合物Mo6S6.8Te1.2,在凝固态物理和材料研究领域具有重要科学价值,相关研究成果以Superconductivity in Electron-doped Chevrel-Phase Compound Mo6S6.8Te1.2为题发表在Inorganic Chemistry上。上海硅酸盐所硕士研究生庞鑫从晶体结构出发,设计了一种具有“TMD-MXene”独特结构的层状材料Nb2Se2C作为电催化剂,并表现出优于目前绝大多数TMD、Mxene及两者复合的材料的电催化性能,相关研究成果以Nb2Se2C: a new compound as a combination of transition metal dichalcogenide and MXene for oxygen evolution reaction为题发表在Chemical Communications上。

上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院和上海市科委等项目的资助。

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