引言

近年来，原子级厚度的二维材料因其独特的能带结构和物化性质，引起了材料科学领域研究人员的极大关注。其中主流的研究对象主要集中在结构简单的一元单质烯以及相结构类型丰富的二元过渡金属硫族化合物（TMDs）等。目前，原子级厚度的上述类型二维材料已能通过化学气相沉积技术成功制备。而三元化合物往往组分类型较多，要实现其二维材料生长过程中组分均匀可控，是一个不可避开而又棘手的问题。但是三元二维材料得益于元素种类的增多，使其相比于一元或二元二维材料在物理和化学性质上具有更大的调控空间。因此，探索大面积原子级厚度三元二维材料的制备及其特殊性质对于丰富二维材料体系以及拓展二维材料的应用具有重要意义。

BiOI是一种具有层状结构的三元二维半导体材料，具有带隙约2.0 eV，较高的光催化活性、无毒等特点，而经常被用作半导体光催化材料。目前，主要采用水热法等方法制备BiOI纳米球或纳米颗粒。限于制备方法等原因，大面积原子级厚度二维BiOI的相关研究还未见报道。

成果简介

日前，西北工业大学材料学院、凝固技术国家重点实验室冯丽萍教授科研团队在国际顶尖期刊《Advanced Functional Material》上发表题为《Synthesis of large‐area atomically thin BiOI crystals with highly sensitive and controllable photodetection》的论文。在该工作中，冯丽萍教授等利用空间限域化学气相沉积方法(SC-CVD)在云母衬底表面范德华外延二维BiOI，在较低温度下（<350℃）成功制备出横向尺寸大于100mm的原子级厚度二维BiOI单晶。观察到了少层二维BiOI的拉曼峰位置随其层数变化而偏移的现象。当管式炉内反应物浓度不同时，限域的空间能够自我优化其内部的反应物浓度以实现BiOI的二维生长。合成的大面积二维BiOI为研究其光电性能提供了材料基础。研究者制备了基于少层二维BiOI的光电探测器，该器件对473 nm可见光的光响应度为2.6×10^-2A/W、探测率为8.2×10¹¹Jones、开关比为10⁵。采用254 nm紫外光照射二维BiOI，并对紫外光照射前后二维BiOI晶体进行了扫描透射电子显微镜（STEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）表征，发现紫外光照射后超薄二维BiOI晶体中引入了一定的氧空位。研究者还发现二维BiOI探测器在254 nm紫外光的循环照射下，其暗态电流和光电流都有上升趋势，即紫外光可以调控器件的光电特性。该研究工作的共同第一作者为凝固技术国家重点实验室博士生曾为和国家纳米科学中心博士生李杰，通讯作者为凝固技术国家重点实验室冯丽萍教授。

图文导读

图1.大面积原子级厚度BiOI单晶的制备

图2.二维BiOI晶体的表征

图3.空间限域机制和温度对晶体尺寸的影响

图4.基于二维BiOI的光电探测器性能

★Wei Zeng, Jie Li,Liping Feng*, Haixi Pan, Xiaodong Zhang, Hanqing Sun, and Zhengtang Liu.Synthesis of large-area atomically thin BiOI crystals with highly sensitive and controllable photodetection.Advanced Functional Materials, 2019, 29 (16): 1900129.

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201900129。