自石墨烯以來，二維材料逐漸在科研圈占據(jù)主要地位。各種二維材料相繼被開發(fā)出來，為我們帶來了和體相材料截然不同的新性能。
2020年9月22日，Nature Nanotechnology和Nature Materials連續(xù)發(fā)表3篇二維材料有關(guān)研究成果。一篇來自中科院物理所白雪冬研究員以及北京大學(xué)劉忠范院士、劉開輝教授等人，他們報道了一種兩步化學(xué)氣相沉積法，實現(xiàn)了高度非線性的二維材料MoS2在SiO2光纖內(nèi)壁的直接生長。一篇來自香港城市大學(xué)Alex K.-Y . Jen，朱宗龍，徐政濤等人，他們使用新型二維MOF致力于解決鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和鉛泄露的問題。還有一篇來自中科院上海微系統(tǒng)所王浩敏研究員和奧地利維也納大學(xué)Jannik C. Meyer等人，他們發(fā)展了一種兩步策略，成功實現(xiàn)了嵌入二維h-BN納米溝槽中的單層石墨烯納米帶的手性控制，為納米級電路的設(shè)計提供了新的可能。
現(xiàn)做簡要解讀，希望相關(guān)領(lǐng)域研究人員有所啟發(fā)。
1. Nature Nanotechnology：二維材料助力超高非線性光纖
非線性光纖在日常生活中被廣泛應(yīng)用，譬如光頻率轉(zhuǎn)換，超快激光和光通信等等領(lǐng)域。目前，非線性的實現(xiàn)，主要通過兩種方式：
1）將非線性材料注入纖維；
2）制造微結(jié)構(gòu)化纖維。
然而，這兩種策略都存在光學(xué)非線性低或設(shè)計靈活性差的問題。
有鑒于此，中科院物理所白雪冬研究員以及北京大學(xué)劉忠范院士、劉開輝教授等人報道了一種兩步化學(xué)氣相沉積法，實現(xiàn)了高度非線性的二維材料MoS2在SiO2光纖內(nèi)壁的直接生長。
1）研究人員預(yù)先沉積了固體前體以確保均質(zhì)的原料，然后在整個纖維壁上實現(xiàn)均勻的MoS2生長。與單層MoS2 /SiO2相比，所制成的25厘米長的光纖的二次諧波和三次諧波的產(chǎn)生都可以提高約300倍。在很寬的頻率范圍內(nèi)，傳播損耗保持在?0.1 dB cm-1。
2）此外，通過將嵌入二維材料的光纖作為可飽和吸收體進行集成，研究人員演示了一種全光纖鎖模激光器（輸出功率約為6 mW，脈沖寬度約為500 fs，重復(fù)頻率約為41 MHz）。
總之，這項研究提供了一種新型的非線性光纖的實現(xiàn)方法，初步驗證也適用于其他過渡金屬二硫?qū)倩铮@種嵌入式光纖有望拓展應(yīng)用于多種全光纖非線性光學(xué)和光電應(yīng)用。
參考文獻：
YonggangZuo et al. Optical fibres with embedded two-dimensional materials for ultrahighnonlinearity. Nature Nanotechnology 2020.
DOI：10.1038/s41565-020-0770-x
https://www.nature.com/articles/s41565-020-0770-x
2. Nature Nanotechnology：二維MOF解決鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和鉛泄露的問題
盡管鈣鈦礦型太陽能電池已經(jīng)取得了顯著的進展，但依然存在諸多挑戰(zhàn)懸而未決，至少包括：1）長期穩(wěn)定性；2）潛在的鉛泄露降。
如何提高鈣鈦礦型太陽能電池的穩(wěn)定性和減少毒性，成為了當(dāng)前鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化亟待解決的關(guān)鍵問題。
有鑒于此，香港城市大學(xué)Alex K.-Y . Jen，朱宗龍，徐政濤等人使用具有n型電學(xué)性質(zhì)和合適能級的硫醇功能化的2D共軛金屬有機骨架（MOF）作為鈣鈦礦/正界面的電子提取層以解決上述挑戰(zhàn)。
1）研究人員使用Zr(Iv)離子選擇性地與羧基接合，允許在Zr(Iv)-oxo簇周圍建立致密的硫醇陣列，以提供空間屏蔽和穩(wěn)定作用：
（1）MOF上硫醇基團的密集排列具有重要作用，可以通過交聯(lián)的二硫鍵使網(wǎng)絡(luò)具有剛性，并能捕獲重金屬離子(如鉛、汞等)。
（2）硫醇功能化的MOF還可以與銀電極形成親密接觸，通過降低接觸電阻和在鈣鈦礦/電極界面捕獲可移動的Pb2+離子來有效地從PVSCs中提取電子，從而緩解該器件對環(huán)境可持續(xù)性的潛在影響。
2）經(jīng)MOF改性的鈣鈦礦型太陽能電池具有功率轉(zhuǎn)換效率高達22.02%，同時顯著改善了其長期運行穩(wěn)定性。在85°C下最大功率點跟蹤1000h的連續(xù)光照的加速測試條件下，仍能保持其初始效率的90%以上。更重要的是，功能化的MOF可以通過形成水不溶性固體來捕獲從降解的鈣鈦礦太陽能電池中泄漏出來的大部分Pb2+。
總之，該方法同時解決了鈣鈦礦型太陽能電池的運行穩(wěn)定性和鉛污染問題，可以大大提高鈣鈦礦型光伏技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的可行性。
參考文獻：
ShengfanWu et al. 2D metal–organic framework for stable perovskite solar cells withminimized lead leakage. Nat. Nanotechnol. (2020)
DOI：10.1038/s41565-020-0765-7
https://doi.org/10.1038/s41565-020-0765-7
3. Nature Materials：嵌入六方氮化硼中的石墨烯納米帶的手性控制
石墨烯納米帶（GNR）是一種準(zhǔn)一維石墨烯納米結(jié)構(gòu)，可以表現(xiàn)出準(zhǔn)金屬或半導(dǎo)體行為，而這些行為取決于它們的特定手性，包括寬度，晶格取向和邊緣結(jié)構(gòu)等等。將石墨烯納米帶（GNR）在六方氮化硼（h-BN）的面內(nèi)集成生長，為實現(xiàn)原子厚度的集成電路提供了一個不錯的選擇。
然而，在h-BN晶格中制造具有邊緣特異性的GNR仍然是一個重大挑戰(zhàn)。
有鑒于此，中科院上海微系統(tǒng)所王浩敏研究員，奧地利維也納大學(xué)Jannik C. Meyer發(fā)展了一種兩步策略，成功實現(xiàn)了嵌入h-BN納米溝槽中的單層GNR的手性控制。
1）掃描透射電子顯微鏡（STEM）研究表明，在石墨烯和h-BN的界面處實現(xiàn)了平面外延，沿GNR的邊緣手性受控，同時橫向發(fā)展。通過方向調(diào)節(jié)，可以得到寬度小于5 nm的鋸齒形（ZZ） GNRs和手扶椅形（AC）GNRs。
2）電學(xué)研究表明，所有窄帶ZGNR的帶隙均大于0.4 eV，而窄帶AGNR的帶隙變化較大。在8~10 nm寬的鋸齒形GNR的傳輸曲線中觀察到明顯的電導(dǎo)峰，而在大多數(shù)扶手椅型GNR中沒有電導(dǎo)峰。同時ZGNR的磁導(dǎo)率很小，而AGNR的磁導(dǎo)值要高得多。
3）由具有大帶隙的GNR制成的晶體管在室溫下具有大于105的通斷比，載流子遷移率高于1500 cm2 V-1s-1。
總之，h-BN中邊緣特定GNR的橫向集成生長，為實現(xiàn)復(fù)雜的納米級電路帶來了新思路。
參考文獻：
HuiShan Wang et al. Towards chirality control of graphene nanoribbons embedded inhexagonal boron nitride. Nat. Mater. (2020)
DOI：10.1038/s41563-020-00806-2
https://doi.org/10.1038/s41563-020-00806-2
