摘要：近日，南京工業大學的王琳團隊通用溶液法制備的高質量碘化鉛與過渡金屬硫化物（TMDs）結合，構建出了不同類型的異質結，從而使不同TMD材料出現迥異的發光性能變化。這表明超薄PbI2可以通過界面能帶工程，與其他二維材料構築不同類型的異質結，從而可以極大地拓寬了功能型材料的選擇範圍，促進新型微納光電器件研發與應用進程。

開發新的二維半導體材料，靈活運用能帶工程，對實現高效穩定的微納光電器件具有重大意義。那麼，有沒有一種二維材料能夠通過界面能帶工程，對其他二維材料的光電性質起到不同的調控作用呢？近日，南京工業大學的王琳團隊通用溶液法制備的高質量碘化鉛與過渡金屬硫化物（TMDs）結合，構建出了不同類型的異質結，從而使不同TMD材料出現迥異的發光性能變化。

近年來，二維材料種類日漸豐富，構築範德華異質結的技術也日益成熟，爲研發基於二維材料的功能化微納器件奠定基礎。然而很多二維材料爲半金屬（如石墨烯）和絕緣體（如氮化硼），而大部分單元素二維半導體如硅烯、鍺烯等幾乎不能從塊體材料中獲得，從而限制了其在光電器件中的應用。作爲二維半導體材料的過渡金屬硫化物（TMDs），因具有在可見光附近的光學帶隙與易調控光電性能，受到科研工作者的關注。但大量的理論和實驗結果證明，TMD/TMD異質結多爲Type-II型異質結，功能比較單一。雖然黑磷與TMD材料可以形成不同類型異質結，但黑磷能帶較窄，對TMD的都起到發光淬滅的作用。目前，仍然沒有一種二維材料能夠對TMDs的光電性質有多重調控作用。

（a）幹法轉移製備MoS2/PbI2的示意圖（b）MoS2/PbI2異質結的晶體結構（c）MoS2/PbI2異質結與單層MoS2的拉曼光譜對比；（d、e）MoS2/PbI2異質結的光學圖片與對應的光致發光掃描圖像，其中白色虛線勾勒了單層MoS2（WSe2）的輪廓，黑色虛線爲PbI2納米片的輪廓，標尺：5 μm

南京工業大學王琳教授課題組開發利用原子級厚度的（PbI2）納米片克服了上述缺陷。PbI2作爲二維層狀材料，具有大的原子序數，長期以來都被用於室溫下的核輻射探測，但原子級厚度PbI2確很少有人進行研究。研究人員通過溶液法合成了超薄的高質量PbI2，將其與TMDs二維材料結合起來構建異質結。並利用異質結界面間的能級排列，系統的研究了PbI2對不同TMDs材料光學性質的影響。結果顯示原本能級結構相似的TMDs材料，在與PbI2構建異質結後，表現出了迥異的光學性質。理論與實驗分析證明，MoS2與PbI2之間的能級排列屬於跨立型（Type-I）半導體異質結，即PbI2中的激發態能量向MoS2層傳遞，使MoS2發光增強，而WS2和WSe2分別與PbI2之間形成了錯開型（Type-II）半導體異質結，即WS(Se)2中的電子流向PbI2層，電子-空穴對密度減少，引起發光淬滅。這表明超薄PbI2可以通過界面能帶工程，與其他二維材料構築不同類型的異質結，從而可以極大地拓寬了功能型材料的選擇範圍，促進新型微納光電器件研發與應用進程。

這一成果近期發表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201806562）上，文章的第一作者是南京工業大學博士研究生孫研。