天津大学Nanoscale：新型二维材料α-GeTe：具有铁离子敏感性

【引言】

  自2004年石墨烯发现以来，二维材料越来越引起人们的关注，过渡金属硫族化合物（TMDs）、黑磷、硅烯、锗烯、砷烯等类石墨烯二维材料的发现极大地丰富了二维材料的种类。但是现存的这些二维材料都存在一些缺点，比如，石墨烯是零带隙的半导体材料，黑磷在空气中不能稳定存在，因此对新型二维材料的探索研究具有很大的价值。α-GeTe能够实现结晶与无定型的可逆相转变，通常作为相变存储器来研究，同时，值得注意的是α-GeTe也是一种具有层状结构的窄带隙半导体材料，载流子密度高达10²¹ cm^-3。根据文献报道，对纳米尺度的α-GeTe已经有了一定的研究基础，但是对于α-GeTe的二维半导体性质还没有过报道，因此，对于二维α-GeTe的研究具有非常重要的价值和创新性。

【成果简介】

  近日，天津大学材料科学与工程学院封伟教授课题组在Nanoscale上发表最新研究成果：“Sonication-Assisted Liquid-Phase Exfoliated α-GeTe: A Two-Dimensional Material with high Fe³⁺ Sensitivity”。本文通过理论计算的方法证明了单层α-GeTe是热力学稳定的间接带隙半导体材料，而且在紫外光区有吸收。首次通过超声辅助液相剥离法制备了少层甚至单层的α-GeTe纳米片。原子力显微镜（AFM）表征证明了液相法剥离得到的单层α-GeTe的厚度为1.6 nm，紫外吸收光谱证明了单层α-GeTe的光学带隙为1.93 eV，与理论计算值较为接近。通过荧光光谱证明了α-GeTe纳米片对铁离子具有较好的选择性，可用于铁离子的检测。该项研究是在国家重点研发项目和国家自然科学基金项目的支持下完成的。文章的第一作者是硕士研究生张盼盼同学。

【图文导读】

图一 α-GeTe的结晶结构图

（a）（b）α-GeTe体材料的结晶结构图

（c）（d）单层α-GeTe的结晶结构图

图二 α-GeTe纳米片的AFM表征

（a）未完全剥离的α-GeTe 台阶高度AFM表征图；

（b）台阶高度的统计图；

（c）（d）（e）Sol-A中α-GeTe 纳米片的AFM表征图；

（f）（g）（h）Sol-A中α-GeTe 纳米片的AFM表征图。

图三α-GeTe纳米片的TEM表征

（a）（b）低倍TEM图；

（c）α-GeTe纳米片内部的高倍透射电镜（HRTEM）图和选取电子衍射图；

（d）α-GeTe纳米片边缘的HRTEM图。

图四 α-GeTe纳米片性能表征及理论计算

（a）拉曼光谱图；

（b）紫外吸收光谱图；

（c）Tauc曲线；

（d）理论计算的带隙结构图；

（e）理论计算的态密度图；

（f）理论计算的光学吸收图。

图五 荧光性能表征

（a）不同金属离子对荧光强度的影响；

（b）不同浓度铁离子对荧光强度的影响；

（c）铁离子的检测极限；

（d）荧光寿命表征。

【小结】

  该研究从理论和实验两个方面证明了α-GeTe是一种具有间接带隙的半导体材料，其理论带隙为1.82 eV。实验证明，α-GeTe体材料可以剥离成少层的α-GeTe纳米片，所得到得α-GeTe纳米片具有良好的结晶性，其光学带隙为1.93 eV。另外，材料在紫外光区有吸收，可在紫外光（370 nm）的激发下发射出433 nm的蓝光，可用于铁离子的检测。该研究发现了种新型的二维材料，进一步丰富了二维材料家族，对进一步探索新型二维的种类和独特性质具有十分重要的意义。

文章链接：Sonication-Assisted Liquid-Phase Exfoliated α-GeTe: A Two-Dimensional Material with high Fe³⁺ Sensitivity. (Nanoscale，2018，DOI: 10.1039/C8NR03091J).

本文由FOCCTJU供稿。

欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。

投稿或内容合作请加客服微信cailiaokefu。

如果您想利用理论计算来帮助实验，欢迎您使用材料人计算模拟解决方案。材料人组建了一支来自全国知名高校老师及企业工程师的科技顾问团队，专注于为大家解决各类计算模拟需求。如果您有需求，欢迎扫以下二维码提交您的需求，或直接联系微信客服（微信号：cailiaoren001）