近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所納米調控與生物力學研究中心在2D-2D二維超薄異質結研究方面獲得新進展。相關成果以From one to two: In situ construction of an ultrathin 2D-2D closely-bonded heterojunction from a single-phase monolayer nanosheet（《由一生二——單相單層納米片原位構建2D-2D超薄異質結》）為題發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。以色列理工博士邢政、西北大學副教授胡軍與深圳先進院副研究員馬明為文章共同第一作者，北京大學深圳研究生院教授楊世和與深圳先進院研究員李江宇為文章通訊作者。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b08651

發展至今，納米材料的合成制備在其組分、尺寸和形貌上已經得到了精準地控制，各種納米級的制備手段也被巧妙地開發出來，實現了諸如等離子體、金屬納米粒子、金屬硫族化物量子點以及多組分的納米顆粒等材料的制備與合成。同時，隨著制備技術及手段的成熟化，使用濕法化學合成法便可實現納米材料原子級尺度的制備，包括原子線和原子厚度的二維納米片，如石墨烯、過渡金屬二鹵化物（TMD）和過渡金屬氧化物等。各國研究人員通過濕化學方法進行了2D-2D超薄異質結構建的多種嘗試，但迄今為止，2D-2D復合材料依然需要較為復雜的制備過程，及通常表現出較弱的界面結合狀態，因此合理的設計思路和簡單高效的制備手段是實現2D-2D超薄異質結構建的關鍵。

斜方晶Bi2WO6和斜方晶Bi2O2S層狀材料的晶體結構和從單層納米片演變到2D-2D異質結納米片過程的示意圖，單層Bi2WO6納米片和Bi2WO6-Bi2O2S 2D-2D異質結納米片原位KPFM測量

該研究開發了一種溫和的化學合成方法，實現了Bi2O2S在單層Bi2WO6的原位生長，從而組裝制備出超薄二維異質結納米片。該二維異質結納米片中的強界面結合使得其產生類似大分子的特征，也是導致電荷載流子分離效率極大提高的主要因素。相比于純的Bi2WO6納米片，超薄二維異質結納米片實現了4倍以上的光電流響應，同時在光催化分解水體系統中產生了8倍以上的氫氣。此外，該異質結可實現全可見光吸收，并促使光陽極起始電位向更負的方向偏移。該方法同時也期望被應用于其他含鉍材料，包括Bi2O2CO3、鉍氧鹵化物（BiOI、BiOBr等）、含有【Bi2O2】氧硫族化合物等，對于開發先進的催化劑、電池及能源轉換器件等具有重要意義。