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我国学者成功研制出新型二维材料锑烯

  在国家自然科学基金优秀青年基金(项目编号:61222403)等项目资助下,南京理工大学新型显示材料与器件工业和信息化部重点实验室曾海波教授团队成功制备出一种新型第五主族二维材料——锑烯。该研究为二维材料家族引入了新成员,丰富了人们对二维材料的认知。相关文章分别以“Two-dimensional antimonene single crystals grown by van der Waals epitaxy”和“Few-layer Antimonene: Large Yield Synthesis, Exact Atomical Structure and Outstanding Optical Limiting”为题,发表于《Nature Communications》和《Journal of the American Chemical Society》刊物上,链接分别为:http://www.nature.com/articles/ncomms13352和http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b08698。

  自石墨烯被发现以来,二维材料因独特的维度特性在基础与应用方面均成为前沿研究热点。近年来,该领域开始从石墨烯,向二硫化物及第四族(硅、锗、锡),再向第五族(磷、砷、锑、铋)逐步拓展。2015年初,曾海波教授团队从理论上预测了砷烯和锑烯(AngewandteChemie International Edition 2015,54, 3112)(左图),指出它们是带隙适中并易调制成直接带隙的二维半导体,被Nature专题亮点报道为“可望用于超薄柔性电子学和光电子学器件”(Nature 2015, 517, 246)。随后,相关的理论探索在国际上广泛开展。然而,它们是否真实存在,是否大气环境下稳定,仍然有待验证。

  近期,曾海波团队利用范德华气相外延和超声液相剥离方法,成功制备了二维锑烯(右图),并对锑烯的实际原子结构进行表征,证实了前期理论预测的“最稳定锑烯为β相结构”。研究发现锑烯的稳定性远高于二维黑磷,在空气中放置一个月之后,使用AFM、Raman和EDS等检测均证实结构没有明显蜕变,如此高的稳定性为后续基础研究和应用探索提供了坚实的保障。该研究还发现锑烯在532 nm-2000 nm的宽波段范围内均具有较高光限幅性能,对于532 nm入射激光透射率不高于10%,阻光能力优于同等条件下的石墨烯,从而在激光防护等国防领域具有重要应用前景。

左图:预测的锑烯(Angew.Chem.2015,54, 3112);右图:范德华外延生长示意图及实验所得锑烯(Nature Comm.2016, 7, 13352)