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金基底引导制备二维黑磷及其生长机理

科学通报 2021年第26期66卷 3480-3487页

作者：后羿冯思敏赵仕龙刘明强刘碧录清华大学深圳盖姆石墨烯中心清华-伯克利深圳学院清华大学深圳国际研究生院材料研究院深圳518055

二维材料是近年来材料科学和凝聚态物理学的前沿研究方向.在众多的二维材料中,黑磷(black phosphorus,BP)因其独特的带隙、优异的光学和电学性质、各向异性等特性而受到研究人员的广泛关注.如何可控制备二维薄层BP是该领域的难题之一.... 详细信息

二维材料是近年来材料科学和凝聚态物理学的前沿研究方向.在众多的二维材料中,黑磷(black phosphorus,BP)因其独特的带隙、优异的光学和电学性质、各向异性等特性而受到研究人员的广泛关注.如何可控制备二维薄层BP是该领域的难题之一.本工作系统研究了基底对BP生长的影响,结果表明金基底对BP的生长具有重要促进作用.在此基础上,使用镀有金薄膜的硅基底为生长衬底,通过设计限域生长空间和调控温度梯度,在全新的生长体系中实现了BP纳米片的直接生长,并探讨了其生长机理.本研究所报道的结果为实现二维薄层BP的制备提供了一条新思路.

关键词：二维材料薄层黑磷化学气相输运金基底限域空间温度梯度

金属性二维过渡金属硫化物的溶剂热合成及电催化析氢性能

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高等学校化学学报 2021年第2期42卷 654-661页

作者：余强敏张致远罗雨婷李洋成会明刘碧录清华大学深圳盖姆石墨烯中心清华‐伯克利深圳学院/清华大学深圳国际研究生院深圳518055 伍伦贡大学超导和电子材料研究中心伍伦贡2500澳大利亚中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家实验室沈阳110016

采用溶剂热法制备了多种二维过渡金属硫化物(TMDCs),在合成过程中通过调控反应前驱体的滴加速率来控制所得TMDCs的形貌和结构.然后采用高温热处理来提高TMDCs的结晶性,从而提升了其电催化活性.在酸性电解液中进行电催化析氢性能测试.结... 详细信息

采用溶剂热法制备了多种二维过渡金属硫化物(TMDCs),在合成过程中通过调控反应前驱体的滴加速率来控制所得TMDCs的形貌和结构.然后采用高温热处理来提高TMDCs的结晶性,从而提升了其电催化活性.在酸性电解液中进行电催化析氢性能测试.结果表明,“花状”结构的金属性二维二硫化铌(NbS2)具有最佳的催化活性和稳定性,在电流密度为10 mA/cm^2时,其过电位仅为146 mV,持续工作24 h后电流密度几乎不衰减.研究发现,可充分暴露面内活性位点的“花状”结构以及高温处理后材料导电性的提高是二维NbS2具有优异电催化性能的主要因素.

关键词：二维材料二硫化铌溶剂热合成电催化析氢电流密度

一维碳纳米管/二维二硫化钼混合维度异质结的原位制备及其电荷转移性能

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物理化学学报 2022年第5期38卷 97-104页

作者：邹菁云高冰张小品唐磊冯思敏金赫华刘碧录成会明清华大学清华伯克利-深圳学院&清华大学深圳国际研究生院深圳盖姆石墨烯中心广东深圳518055 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米器件与应用重点实验室江苏苏州215123 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室沈阳110016

一维(1D)材料与二维(2D)材料的结合可形成独特的混合维度异质结,其在继承2D/2D范德瓦尔斯异质结的独特物性之外,还具有丰富的堆叠构型,为进一步调控异质结的结构及性能提供了新的可操控自由度。p型1D单壁碳纳米管(SWCNT)与n型2D二硫化钼... 详细信息

一维(1D)材料与二维(2D)材料的结合可形成独特的混合维度异质结,其在继承2D/2D范德瓦尔斯异质结的独特物性之外,还具有丰富的堆叠构型,为进一步调控异质结的结构及性能提供了新的可操控自由度。p型1D单壁碳纳米管(SWCNT)与n型2D二硫化钼(MoS_(2))的结合,为调控异质结的能带结构及器件性能提供了丰富的选择。本文直接在高密度、手性窄分布的SWCNT定向阵列及无序薄膜表面原位生长MoS_(2),制备出高质量1D SWCNT/2D MoS_(2)混合维度异质结。深入分析形核点的表面形貌与结构,提出了“吸附-扩散-吸附”生长机制,用于解释混合维度异质结的生长。利用拉曼光谱分析,证实SWCNT与MoS_(2)间存在显著的电荷转移作用,载流子可在界面处快速传输,为后续基于此类1D/2D异质结的新型电子及光电器件的设计与制备提供了新思路。

关键词：单壁碳纳米管二硫化钼维度异质结电荷转移

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大电流密度过渡金属硫族化合物析氢催化剂界面工程展望（英文）

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第1期56卷 9-24页

作者：康馨余强敏张天昊胡书萁刘鹤鸣张致远刘碧录清华大学深圳国际研究生院清华-伯克利深圳学院&材料研究院深圳盖姆石墨烯中心

氢能是未来可持续社会中理想的能量载体,利用可再生能源电解水制取绿氢的技术受到研究人员的广泛关注.电解水制绿氢技术由实验室向工业应用跨越的前提是发展大电流密度下性能优异且稳定的电催化剂.析氢反应(HER)是一种非均相反应,涉及... 详细信息

氢能是未来可持续社会中理想的能量载体,利用可再生能源电解水制取绿氢的技术受到研究人员的广泛关注.电解水制绿氢技术由实验室向工业应用跨越的前提是发展大电流密度下性能优异且稳定的电催化剂.析氢反应(HER)是一种非均相反应,涉及催化剂-基底、催化剂-电解液、催化剂-气体三个界面.界面性质会影响电化学传质行为、电荷传输行为和催化剂的力学性质,从而影响大电流密度下制氢性能.因此,优化界面结构和性质是提升大电流密度下电解水催化剂性能并解决电解水技术工业应用挑战的关键.二维过渡金属硫族化合物(TMDCs)具有电子结构可调、活性位点丰富、合成方法多样等优势,自1976年首次应用于光电催化水分解反应、加氢脱硫反应以来,已有大量工作报道了TMDCs催化剂应用于HER.本文以TMDCs催化剂为例研究界面工程对大电流密度下HER的提升作用及机制.探讨了电化学反应中上述三个界面上发生的物理化学过程,系统分析了大电流密度下质量传输、电荷传输速率受限和力学强度不足三方面挑战,并总结了适用于大电流密度的催化剂性能描述符.分别归纳了针对以上三个界面的界面工程策略及相应作用,简要概括为:(1)催化剂-基底界面结合力增强、界面电阻降低、界面电子结构调控等策略;(2)催化剂-电解液界面形貌调控、表面化学、电解液环境调控等策略;(3)催化剂-气体界面疏气性调控、外场作用等策略.从反应机理研究、膜电极界面设计及电解槽界面性质调控三个角度对电解水反应界面工程未来的发展与应用提出了建议及展望.在反应机理方面,大电流条件下的界面性质如界面电阻、传质行为等仍需更深入的认识.在膜电极中,催化剂、离子交换膜、离子型聚合物、气体扩散层所形成的多元界面,尤其是催化剂-膜界面、催化剂-气体扩散层界面的结构仍需进一步优化以提升膜电极的活性及稳定性.在电解槽界面性质调控方面,催化剂-基底界面结合力等参数与催化剂寿命间的关系,电解过程中界面处的温度场及流场分布,适配于实际生产系统的电流密度等仍需深入研究.综上,本文从基本物理化学过程、策略及作用、挑战与展望等多个方面介绍了界面工程.本文有助于研究人员理解非均相电化学反应过程中界面的重要作用,提出催化剂、膜电极、电解槽界面设计新策略,并开发新型表征方法以深入对界面性质的认识,推动高效电解水技术的开发及应用.

关键词：界面工程电化学制氢反应大电流过渡金属硫族化合物膜电极

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短单壁碳纳米管的直接控制生长

短单壁碳纳米管的直接控制生长

Realization of a non-markov chain in a single 2D mineral RRAM

中国化学会第27届学术年会

作者：刘碧录任文才刘畅成会明中国科学院金属研究所

＜正＞单壁碳纳米管的长度是决定其物理性质的重要结构因素,一些实际应用也要求其具有规则的长度（尤其是短长度）。目前,短单壁碳纳米管的制备是采取自上而下的切短长单壁

关键词：单壁碳纳米管长度非金属催化剂生长速度

来源： cnki会议评论

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Science Bulletin 2021年第16期66卷 1634-1640,M0003页

作者： Rongjie Zhang Wenjun Chen Changjiu Teng Wugang Liao Bilu Liu Hui-Ming Cheng Shenzhen Geim Graphene Center Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute and Institute of Materials ResearchTsinghua Shenzhen International Graduate SchoolTsinghua UniversityShenzhen 518055China Institute of Microscale Optoelectronics Shenzhen UniversityShenzhen 518060China Shenyang National Laboratory for Materials Science Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang 110016China

The non-Markov process exists widely in thermodymanic process,while it usually requires the packing of many transistors and memories with great system complexity in a traditional device structure to minic such ***-dimensional(2D)material-based resistive random access memory(RRAM)devices have the potential for next-generation computing systems with much-reduced ***,we achieve a non-Markov chain in an individual RRAM device based on 2D mineral material mica with a vertical metal/mica/metal *** find that the potassium ions(K+)in 2D mica gradually move in the direction of the applied electric field,making the initially insulating mica *** accumulation of K+is changed by an electric field,and the 2D-mica RRAM has both single and double memory windows,a high on/off ratio,decent stability,and *** is the first time a non-Markov chain process has been established in a single RRAM,in which the movement of K+is dependent on the stimulated voltage as well as their past *** work not only uncovers an intrinsic inner ionic conductivity of 2D mica,but also opens the door for the production of such RRAM devices with numerous functions and applications.

关键词： 2D materials Mica Ion transport RRAM Non-Markov chain

室温工作的范德华异质结人工微结构中红外探测器及集成的研究进展

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中国基础科学 2019年第1期21卷 34-38页

作者：王肖沐甘雪涛刘碧录刘晶南京大学南京210023 西北工业大学西安710072 清华伯克利深圳学院深圳518027 天津大学天津300072

中红外波段的光电探测材料和器件涉及国防、环境和工业等部门的重要应用,一直是世界各国特别关注的研究领域。目前中红外光电探测器存在集成度差、信噪比低的困难。人工微结构可以增强材料光电性质,而石墨烯、黑磷等窄带隙二维材料具有... 详细信息

中红外波段的光电探测材料和器件涉及国防、环境和工业等部门的重要应用,一直是世界各国特别关注的研究领域。目前中红外光电探测器存在集成度差、信噪比低的困难。人工微结构可以增强材料光电性质,而石墨烯、黑磷等窄带隙二维材料具有红外光电特性好、易集成的优势。二者配合有望用来解决红外探测所面临的挑战。利用纳米条带、范德华异质结和硅光子晶体等人工微结构调控石墨烯、黑磷等窄(零)带隙二维原子晶体材料的中红外光电耦合,可以实现3~12μm中红外波段(覆盖激光雷达/成像,分子共振谱及自由空间通信的重要应用范围)光电效应的有效增强以及暗噪声的有效抑制,并实现室温工作的超高灵敏中红外光电探测。

关键词：人工微结构中红外探测器雪崩探测器二维半导体等离激元

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二维材料厚度与片径的独立筛分（英文）

Science China Materials 2021年

作者：周赫元谭隽阳杨柳思王婧云丁宝福潘意坤于兴华刘闵苏杨闯丘陵成会明刘碧录 ShenzhenGeimGrapheneCenter Tsinghua-BerkeleyShenzhenInstitute&InstituteofMaterialsResearchTsinghuaShenzhenInternationalGraduateSchoolTsinghuaUniversity LaboratoryforMaterialsSciences InstituteofMetalResearchChineseAcademyofSciences

二维材料是当前科学研究的前沿领域.二维材料的性质与其厚度和片径密切相关,如何获得厚度和片径均匀且可调控的二维材料,是其应用的关键.本文提出了一种三步筛分法,实现了二维材料厚度与片径的独立筛分.以二维六方氮化硼为例,三步筛分... 详细信息

二维材料是当前科学研究的前沿领域.二维材料的性质与其厚度和片径密切相关,如何获得厚度和片径均匀且可调控的二维材料,是其应用的关键.本文提出了一种三步筛分法,实现了二维材料厚度与片径的独立筛分.以二维六方氮化硼为例,三步筛分法可以将其厚度和片径独立地筛分为不同组分,所得组分均具有较窄的厚度和片径分布,且厚度全部小于6 nm.本文还进一步发展了一种力场提取法,实现了二维六方氮化硼、二硫化钼和氧化石墨烯的规模化片径筛分,是二维材料片径筛分的普适方法.本工作提出的筛分方法可制备出结构均一的二维材料,对其基础研究与应用意义深远.

关键词： two-dimensional materials sorting h-BN MoS2 graphene oxide thickness lateral size

Controlled one step thinning and doping of twodimensional transition metal dichalcogenides

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Science China Materials 2019年第12期62卷 1837-1845页

作者： Jie Ren Changjiu Teng Zhengyang Cai Haiyang Pan Jiaman Liu Yue Zhao Bilu Liu Shenzhen Geim Graphene Center(SGC) Tsinghua-Berkeley Shenzhen InstituteTsinghua UniversityShenzhen 518055China Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering and Department of Physics South University of Science and Technology of ChinaShenzhen 518055China

Two-dimensional(2 D) transition metal dichalcogenides(TMDCs) have drawn intensive attention due to their ultrathin feature with excellent electrostatic gating capability, and unique thickness-dependent electronic and optical properties. Controlling the thickness and doping of 2 D TMDCs are crucial toward their future applications. Here, we report an effective HAu Cl4 treatment method and achieve simultaneous thinning and doping of various TMDCs in one step. We find that the HAu Cl4 treatment not only thins thick Mo S2 flakes into few layers or even monolayers, but also simultaneously tunes Mo S2 into p-type. The effects of various parameters in the process have been studied systematically,and an Au intercalation assisted thinning and doping mechanism is proposed. Importantly, this method also works for other typical TMDCs, including WS2, Mo Se2 and WSe2,showing good universality. Electrical transport measurements of field-effect transistors(FETs) based on Mo S2 flakes show a big increase of On/Off current ratios(from 102 to 107) after the HAu Cl4 treatment. Meanwhile, the subthreshold voltages of the Mo S2 FETs shift from-60 to +27 V after the HAu Cl4 treatment, with a p-type doping behavior. This study provides an effective and simple method to control the thickness and doping properties of 2 D TMDCs, paving a way for their applications in high performance electronics and optoelectronics.

关键词： 2D materials transition metal dichalcogenides MoS2 thinning doping field-effect transistor HAuC14