功能化二硫化鉬量子點(diǎn)光電材料的應(yīng)用研究進(jìn)展

黃垚　朱笑笑

摘 要：綜述了近兩年內(nèi)二硫化鉬量子點(diǎn)復(fù)合光電材料的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展，對(duì)他們?cè)诠怆娢鰵洹⒐庵掳l(fā)光、熒光探針、電致化學(xué)發(fā)光以及太陽(yáng)能電池的應(yīng)用進(jìn)行了分類介紹。并對(duì)該類材料未來(lái)應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：功能化二硫化鉬量子點(diǎn);光電材料;應(yīng)用進(jìn)展

MoS2量子點(diǎn)具有較強(qiáng)的小尺寸效應(yīng)、邊緣效應(yīng)、量子極限和域效應(yīng)，使其在電學(xué)和光學(xué)性能上獨(dú)樹一幟。但是單一MoS2材料儲(chǔ)存時(shí)間短且容易聚集，限制了其優(yōu)良性能的保持和應(yīng)用，且傳導(dǎo)性低，光生載流子復(fù)合率高[1]，所以這就需要尋找其他的可以改善MoS2這一缺點(diǎn)的材料與之復(fù)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)其特異性能的應(yīng)用。有關(guān)二硫化鉬復(fù)合材料的綜述很多，但關(guān)于功能化二硫化鉬量子點(diǎn)復(fù)合材料的綜述目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。本文對(duì)近兩年內(nèi)二硫化鉬量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備及應(yīng)用進(jìn)行了一個(gè)總結(jié)。

1 光電析氫方向

利用半導(dǎo)體作為氫能光電電極轉(zhuǎn)換材料的光電化學(xué)（PEC）水的裂解一直是研究的熱點(diǎn)。

Zhan等[2]用MoS2量子點(diǎn)和醋酸鎳采用水熱法制備了MoS2? QDs/NiO納米片。由于MoS2量子點(diǎn)和NiO-NSs的異質(zhì)界面協(xié)同作用以及均勻分散的MoS2量子點(diǎn)在超薄NiO-NSs上的豐富活性位點(diǎn)，制備的MoS2量子點(diǎn)/NiO-NSs電極具有較高的電催化活性和良好的穩(wěn)定性。在析氫反應(yīng)中需要186毫伏，在析氧反應(yīng)中需要190毫伏的小過(guò)電位才能承受10mA-2/cm的電流密度。

Sun等[3]用硫化鉬和N-甲基吡咯烷酮采用液體剝離法制備了MoS2量子點(diǎn)以與CdS復(fù)合，制備出的復(fù)合物有較高的界面電子轉(zhuǎn)移能力，電子和空穴的復(fù)合速率降低，在制氫過(guò)程中有高光催化活性。結(jié)果表明，制備的復(fù)合物在亞硫酸銨溶液中的氫活度為863μmol/h（QE=29.3%）。

2 光致發(fā)光方向

Zhu等[4]制造了多種功能化的二硫化鉬量子點(diǎn)，將制備的MoS2納米片分散在去離子水、乙醇和N，N-二甲基甲酰胺這三個(gè)不同溶劑中，通過(guò)超聲將其切割成小塊狀。然后經(jīng)過(guò)溶劑熱處理，最終得到了三種功能化的MoS2 QDs。有機(jī)官能團(tuán)，特別是羥基（AOH）和醛（ACHO）基團(tuán)，在增強(qiáng)材料熒光方面起著重要作用。這些官能團(tuán)可以通過(guò)電子轉(zhuǎn)移過(guò)程改變宿主材料的帶隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致能級(jí)的變化。通過(guò)使用不同的有機(jī)基團(tuán)展示了功能化MoS2 QDs的可調(diào)諧PL行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于這些有機(jī)官能團(tuán)誘導(dǎo)的表面陷阱態(tài)的增加，功能化MoS2 QDs的發(fā)光強(qiáng)度也得到了增強(qiáng)。

Dhrubaa Haldar等[5]采用水熱法用鹽酸半胱氨酸，四水鉬酸銨水溶液、TbCl3和EuCl3合成了胺基功能化MoS2量子點(diǎn)，利用Eu3+和Tb3+的紅綠發(fā)射色，成功地在MoS2量子點(diǎn)中共摻雜以獲得白光。可見MoS2晶格對(duì)這兩種稀土離子都起到了很好的寄主作用。通過(guò)調(diào)節(jié)量子點(diǎn)的摻雜濃度和尺寸，獲得了高強(qiáng)度（量子產(chǎn)率28.29%）的理想白光。

3 熒光探針

Yu等[6]用乙二胺功能化的二硫化鉬量子點(diǎn)。乙二胺功能化的MoS2 QDs制備熒光光譜，用于土霉素的檢測(cè)。土霉素對(duì)EDA-MoS2 QDs具有最高的熒光猝滅水平。

這是由于土霉素的酚羥基與EDA-MoS2量子點(diǎn)的NH2基團(tuán)之間的強(qiáng)結(jié)合所致。該測(cè)定方法可應(yīng)用于環(huán)境水體和魚類樣品中土霉素的測(cè)定。

Prateek Sharma[7]合成了DAB功能化的MoS2量子點(diǎn)，功能化量子點(diǎn)是一種高效、高選擇性的TNP探針，不受其他硝基炸藥的干擾。量子點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度被淬滅到98%。線性S-V圖和能量轉(zhuǎn)移率隨濃度的變化以及恒定壽命的變化證實(shí)了輻射能量轉(zhuǎn)移而非非輻射能量轉(zhuǎn)移作為PL猝滅機(jī)制的可行性。

Guo等[8]通過(guò)MoS2量子點(diǎn)與APBA的簡(jiǎn)單氨基酰化反應(yīng)，合成了硼酸功能化MoS2量子點(diǎn)。所制備的B-MoS2量子點(diǎn)可以利用汞離子促進(jìn)芳基硼酸轉(zhuǎn)化反應(yīng)的獨(dú)特猝滅機(jī)理，構(gòu)建一種分析Hg2+的新型熒光傳感器。使用浸入B- MoS2 QDs溶液中的濾紙制備試紙。取出并在室溫下干燥，在365nm的紫外燈下顯示藍(lán)色熒光。加入不同濃度的Hg2+反應(yīng)5min后，試紙的熒光將不同程度地熄滅。該方法對(duì)環(huán)境水體中Hg2+的測(cè)定具有良好的分析性能。這些檢測(cè)性能表明，該方法在環(huán)境汞的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中具有潛在的應(yīng)用前景。

Lin等[9]為了合成MoS2/COOH量子點(diǎn)，并用相同的方法分別使用CYS和PDT制備胺基和巰基官能化MoS2量子點(diǎn)的方法制備了胺基和巰基官能化MoS2量子點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)MoS2量子點(diǎn)的表面官能團(tuán)，成功合成了表面功能化三種表面功能化量子點(diǎn)。它們對(duì)CO2+、Cd2+和Pb2+離子具有良好的選擇性和靈敏度。這些傳感器系統(tǒng)是基于熒光開啟機(jī)制，并加入適當(dāng)?shù)慕饘匐x子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些MoS2量子點(diǎn)傳感器對(duì)CO2+、Cd2+和Pb2+金屬離子的檢測(cè)限分別為54.5、99.6和0.84nm。各金屬離子與表面官能團(tuán)的強(qiáng)締合使檢測(cè)限低至納米級(jí)。

4 電致化學(xué)發(fā)光方向

Duan等[10]制備了MoS2QDs@g-C3N4@CS-AuNPs納米復(fù)合材料用作前列腺特異性抗原的選擇性檢測(cè)，獲得的復(fù)合物納米片不僅具有二維納米片和金納米粒子的表面等離子體性能，而且還具有由CS-Au NPs產(chǎn)生的優(yōu)異的電化學(xué)活性。復(fù)合物基于SPR-aptasensor顯示了0.72ng/mL的快速響應(yīng)和高度靈敏的檢測(cè)限。

Xin等[11]混合等容10mg/L MoS2量子點(diǎn)和 Mof-545-ZnMOF-545-Zn超聲復(fù)合得到復(fù)合材料。新型復(fù)合材料具有更穩(wěn)定、更高的ECL響應(yīng)和更易發(fā)揮功能的特點(diǎn)。利用該物質(zhì)通過(guò)LA功能構(gòu)建了生物傳感器系統(tǒng)，取得了較好的效果。因此，合成了增強(qiáng)型ECL復(fù)合物，建立了一種新型的ECL免疫傳感器系統(tǒng)。

5 太陽(yáng)能電池方向

Leyla Najafi等[12]通過(guò)控制二硫化鉬量子點(diǎn)和還原氧化石墨烯（RGO）雜化物作為介觀甲基碘化鉛（CH3NH3PbI3）鈣鈦礦（MAPbI3）基PSCs的空穴傳輸層和活性緩沖層的光電性質(zhì)，充分發(fā)揮了GRMs的潛力?？梢酝ㄟ^(guò)界面工程設(shè)計(jì)和組合固溶處理的低維材料來(lái)提高PSCs的效率和穩(wěn)定性。這些結(jié)果加上廣泛的二維材料庫(kù)的可用性，證明了GIE是提高PSCs光伏性能的有力工具。此外，二維材料可直接由成本效益高且環(huán)境友好的溶液處理方法從其散裝對(duì)應(yīng)物生產(chǎn)，允許配制具有按需（光電）特性的油墨。溶液處理的二維材料可使用已建立的印刷/涂層沉積在不同的基片上技術(shù)，以便作為功能層集成到PSC結(jié)構(gòu)中。

通過(guò)深度開發(fā)2D材料提供的潛力，設(shè)計(jì)了固定在RGO薄片功能點(diǎn)上的MoS2 QDs，以有效地從MAPBI3向介觀結(jié)構(gòu)中的陽(yáng)極接觸方向收集光生空穴（以及阻擋電子），達(dá)到最大PCE值20.12%（平均PCE為18.8%）。二維材料的使用也有利于提高介觀穩(wěn)定性，表明了下一代PSCs的可行性。

6 結(jié)論與展望

目前功能化二硫化鉬量子點(diǎn)復(fù)合物光電材料的制備研究很少，功能化二硫化鉬量子點(diǎn)在光電應(yīng)用方面效果遠(yuǎn)好于單一的MoS2量子點(diǎn)，還需要大量的研究去證明。二硫化鉬作為2D材料的典型代表，因?yàn)槠淞己眯阅?，得到了學(xué)者們大量的研究。但關(guān)于MoS2量子點(diǎn)單一的研究得到一定的限制，需要進(jìn)行二硫化鉬量子點(diǎn)復(fù)合其他物質(zhì)的研究，來(lái)拓寬MoS2量子點(diǎn)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。

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作者簡(jiǎn)介：

黃垚（1997- ），女，安徽省安慶市人，安徽理工大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向：二維硫?qū)侔雽?dǎo)體材料光電性能。