范德华表面上的氧化还原用于二维材料可逆掺杂

近年来，二维原子晶体材料在柔性电子器件和光电器件领域表现出优异的性能，其光学和电学性能调控备受学者关注。其中，掺杂是一种至关重要的调控半导体性能的途径。一般说来，范德华表面是化学惰性的，但通过简单的光化学效应却可以在二维各向异性半导体ReX₂ (X = S或者Se)的范德华表面上引入无损的，大面积的和可逆的氧化还原反应。潮湿条件下的紫外线照射可以发生氧化，激光照射可进一步实现二硫化铼（ReS₂）和二硒化铼（ReSe₂）的可逆还原，从而达到可控的掺杂效应。

近日，香港城市大学化学系（CityU CHEM）以及超金刚石薄膜研究中心(COSDAF)李淑惠（Thuc Hue Ly）（点击查看介绍）研究小组报道了通过潮湿条件下的紫外线照射或者激光辐照在完美的ReX₂ (X = S或者Se) 范德华表面成功连接或者除去共价官能化的氧基团，可以实现二维薄膜的光学和电学性质在宽范围内的可逆调节。在即将到来的二维材料时代，这种无溶剂、无污染物的化学掺杂方法所实现的直接写入和可重写功能非常引人注目。

图1.(a) 利用潮湿条件下紫外处理和激光照射在单层二硫化铼范德华表面发生的可逆氧化还原过程示意图。(b) 激光照射在180 s紫外线处理过的1L-ReS₂上所形成“REDOX” 图案的原子力显微镜相图。(c) 对应于（b）中激光辐照图样的拉曼峰I和II的强度图。(d) 紫外及激光照射的1L-ReS₂。(e，f) 1L-ReS₂及1L-ReSe₂在紫外/激光照射中，特征拉曼峰的峰强及峰位随时间变化曲线。

图2. 通过光化学掺杂可调节的电传输特性。(a) 90秒紫外线处理后的1L-ReS₂器件的原子力显微镜形貌图。60 s激光（633 nm，0.57 mW）照射的原子力显微镜形貌图。（右）第一次，第二次和第三次激光照射点分别用蓝色，紫色和绿色圆圈标记。(b) （a）中的1号器件在V_ds = 3 V时的转移特性（I_ds-V_g）曲线，插图显示了FET设备的结构。(c)（a）中1号器件（I_ds-V_ds）在V_g = 60 V时的输出特性曲线。(d) 光化学处理中载流子迁移率和载流子浓度。

这一成果近期发表在Advanced Functional Materials 上，香港城市大学博士研究生黄玲莉为该文章的第一作者，香港城市大学李淑惠教授，香港理工大学赵炯教授和淮阴师范学院邓庆明为该工作的共同通讯作者。这项工作由香港城市大学、国家自然科学基金、香港研究资助局、江苏省自然科学基金会等支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Redox Photochemistry on Van Der Waals Surfaces for Reversible Doping in 2D Materials

Lingli Huang, Tiefeng Yang, Lok Wing Wong, Fangyuan Zheng, Xin Chen, Ka Hei Lai, Haijun Liu, Quoc Huy Thi, Dong Shen, Chun-Sing Lee, Qingming Deng, Jiong Zhao, Thuc Hue Ly

Adv. Funct. Mater., 2021 DOI: 10.1002/adfm.202009166

李淑惠博士简介

李淑惠，香港城市大学化学系助理教授，超金刚石薄膜研究中心(COSDAF)核心成员。2015年于韩国成均馆大学毕业取得博士学位，师从Lee Young Hee教授。2015年至2017年在韩国基础科学研究所CINAP工作，2017年八月起就职于香港城市大学。李淑惠教授的研究领域是二维原子晶体材料的合成，缺陷和应用研究。已在相关领域发表30余篇重要文章，包括以第一或者通讯作者发表的JACS、Nat. Commun.、Adv. Mater.、ACS Nano、Nano Letters等。

李淑惠

https://www.x-mol.com/university/faculty/219269

课题组主页:

https://scholars.cityu.edu.hk/en/persons/thuc-hue-ly(c46e09c4-6059-4f3f-b3b0-3b080e788482)/publications.html?page=0