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纳米薄BixOySez中的室温氧传输可实现2D材料的精确调制

成果介绍

氧导体和转运体对于包括燃料电池和合成气生产在内的多种可再生能源技术非常重要。另外，单层过渡金属硫族化合物(TMDs)已在一系列应用中展现出巨大的前景，包括量子计算、先进传感器、谷电子学和下一代光电子学。

(相关资料图)

有鉴于此，近日，美国海军研究实验室Olaf M. J. van’t Erve和Zachariah Hennighausen（共同通讯作者）等合成了一种几纳米厚的BixOySez化合物，它与稀有的R-3m氧化铋(Bi2O3)相非常相似，并将其与对环境高度敏感的单层TMDs相结合。使用得到的2D异质结来研究通过BixOySez进入层间区域的氧传输，从而调制2D材料性质，在激光照射下发现在室温附近非常快的扩散。氧扩散通过可控地嵌入和脱嵌氧来实现2D材料性质的可逆和精确修改。变化是空间受限的，可实现亚微米特征（例如像素），并且长期稳定超过221天。本文的工作表明，几纳米厚的BixOySez是一种很有前途的未开发室温氧转运体。此外，本文的研究结果表明，该机制可以应用于其他2D材料，作为一种通用方法，能够以高精度和亚微米空间分辨率操控其性质。

图文导读

图1. 激光-氧气暴露促进BixOySez转变，使氧气在2D材料界面嵌入和脱嵌。

图2. 在TEM网格支撑上进行选址BixOySez制造揭示了化学计量变化。

图3. 选区电子衍射(SAED)分析。

图4. 制造BixOySez-WSe2 2D异质结。

图5. 单层Bi2Se3可淬灭明亮的单层WSe2 PL

图6. BixOySez转化促进WSe2 PL的氧气嵌入和恢复。

图7. 2D材料的可逆精确操作。

图8. 通过BixOySez的氧气扩散测量。

文献信息

Room-Temperature Oxygen Transport in Nanothin BixOySez Enables Precision Modulation of 2D Materials

(ACS Nano, 2022, DOI:10.1021/acsnano.2c03367)

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