《光电进展》的新出版物;DOI 10.29026/oes.2024.240002，讨论了增强光发射的量子点杂化在2D半导体中的紫外光吸收。
二维(2D)过渡金属二硫族化合物(TMDs)由于其卓越的性能而成为一类有前途的材料。这些材料，如单层二硫化钨(1L-WS2)，只有几个原子厚，但它们具有有趣的电子和光学特性，使它们在从柔性电子到光电器件的各种应用中具有很高的吸引力。然而，尽管具有潜力，2D tmd也有其局限性。一个重要的缺点是它们的光吸收能力弱，发光性能差，特别是在紫外线(UV)范围内。这一弱点限制了它们在需要紫外光相互作用的应用中的性能和效用，例如紫外光发光二极管(led)、传感器和光电探测器。克服这一限制对于充分释放这些材料在紫外线相关技术中的潜力至关重要。量子点(QDs)为增强二维tmd的吸光和发光能力提供了一种很有前途的解决方案。量子点是微小的半导体粒子，具有独特的光学和电子特性，包括大小相关的能级。当与二维材料集成时，量子点可以吸收广泛的光能，包括紫外线，并有效地将其转化为可见光。这种特性使它们成为改善二维tmd在UV光电应用中的性能的理想候选者。在这项研究中，我们旨在通过加入二维材料衍生的量子点(2D/QD杂化)来增强单层二硫化钨(1L-WS2)的紫外吸收和发射性能。具体来说，我们重点研究了两种类型的量子点:氮化钛MXene量子点(Ti2N MQDs)和石墨氮化碳量子点(GCNQDs)。这些量子点的选择基于其强大的紫外线吸收能力和环境友好性，使其成为与1L-WS2紫外光收集集成的合适候选者。为了创建混合材料，我们使用特定的化学工艺合成了Ti2N mqd和GCNQDs，确保了它们的均匀尺寸和分散性。然后，我们将大块WS2制备成1L-WS2薄片，并将其沉积在分散的量子点上。该集成工艺旨在实现量子点到1L-WS2层的高效能量转移，从而增强其紫外光吸收和发射性能。通过研究混合材料的光学性质，我们观察到当与Ti2N MQDs或GCNQDs结合时，1L-WS2的紫外光吸收和发射显著增强。在波长为300 nm的紫外光激发下，与原始的1L-WS2薄片相比，杂化材料的发光强度显著增加。其中，1L-WS2与Ti2N mqd结合，最大光发射增强了15倍，而与GCNQDs结合，最大光发射增强了11倍。发光强度的增强可归因于量子点向1L-WS2层的有效能量转移。当受到紫外光激发时，量子点吸收入射光子，并将吸收的能量传递给1L-WS2，从而促进可见光的发射。该工艺有效地克服了1L-WS2在紫外光吸收和发射方面的固有局限性，使其光电性能有了实质性的提高。总之，我们的研究展示了一种通过与Ti2N MQDs和GCNQDs杂交来增强1L-WS2紫外吸收和发射特性的新方法。通过将这些量子点与1L-WS2集成，我们在紫外光激发下实现了显著的光发射增强，为开发先进的紫外光电子器件和其他应用铺平了道路。此外，本研究中使用的量子点的环境友好性为其在包括生物医学应用在内的各个领域的广泛应用增加了额外的优势。
这项工作代表了光电子学和材料科学领域的重大进步，特别是在二维(2D)材料及其与量子点(QD)的混合结构领域。
解决二维材料的局限性:该研究的重点是克服单层过渡金属二硫化物(TMDs)的显着局限性，如二硫化钼和二硫化钨。尽管这些材料具有很好的光学性能，但它们的光致发光量子产率(PLQY)很低，特别是在紫外线(UV)照射下。这项工作通过引入一种使用量子点的新型杂交方法来解决这个问题。
创新的混合结构:通过将氮化钛(Ti2N)和石墨碳氮化(GCN)量子点结合到单层tmd中，研究人员创造了一种独特的0D/2D混合结构。这些量子点具有有效的紫外吸收能力，补充了tmd的光学特性。
增强的光致发光:本研究的关键发现是，当与Ti2N和GCN量子点杂交时，单层tmd在紫外线照射下的光致发光(PL)发射显著增强。这种增强高达15倍，为在紫外光电器件和荧光传感探针中利用这些材料开辟了新的可能性。
洞察能量转移机制:通过涉及时间分辨光致发光(TRPL)，拉曼光谱和PL分析的综合分析，研究人员深入了解了量子点和单层tmd之间的能量转移(ET)机制。这种对ET过程的深入理解有助于对混合材料中光-物质相互作用的基本认识。
潜在应用:这项研究的发现对各种应用有影响，包括光电子、光催化、超级电容器、光伏、生物传感器和能量存储。单层tmd增强的紫外响应为具有优越光捕获能力的下一代器件的开发开辟了道路。
环境考虑:使用环境友好型量子点，如Ti2N和GCN，强调了这些混合材料在生物医学应用和其他环境敏感技术方面的潜力。
总之，这项工作通过解决二维材料的基本限制并展示混合结构增强其光学特性的潜力，对该领域做出了重大贡献。从这项研究中获得的见解为开发具有增强紫外线响应性和环境可持续性的新型光电器件和荧光传感技术铺平了道路。
关键词:各向异性声子极化子/禁止方向/负介电常数衬底/近场能量输运
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