Chem. Soc. Rev.: 二维发光材料：制备、性能和应用
【内容简介】
在过去十几年中，得益于科研工作者的不懈努力，二维材料在基础研究和技术开发等方面都取得了巨大的进步。其中，如过渡金属硫化物、黑磷等无机二维发光材料由于其独特的电子学、光学和光电特性而受到越来越广泛的关注。研究人员通过调整二维材料的层数、设计其介电环境以及形成合金、创建范德华异质结构等方法来调节它们的物理性质，而这些性质的调控使此类材料衍生出许多新颖的发光特性，从而拓展了它们在照明、成像和传感方面的潜在应用。近几年，随着二维材料版图的进一步扩展，如二维聚合物、金属-有机框架和有机-无机杂化钙钛矿等二维有机和有机-无机杂化材料也以低成本、化学多功能性和溶液加工性等优点成为热点研究对象。尤其重要的是，此类二维材料的组成和结构可以在分子层面进行合理的设计和可控的修饰，进一步拓展了它们性能的可调节性与应用范围。
近日，西北工业大学的黄维院士与南京工业大学的黄晓教授、陈永华教授（共同通讯）联合在Chem. Soc. Rev.上发表综述文章，题为：Two-dimensional light-emitting materials: preparation, properties and applications。第一作者为王志伟博士和仇晶晶硕士。作者将二维发光材料归纳为三大类，即二维无机发光材料、二维有机发光材料和二维有机-无机杂化发光材料，并对其制备、性质及应用进行了点评。作者阐述了每一类材料的制备方法并讨论它们的结构和化学性质，特别对结构与发光特性之间的关系进行了重点讨论。最后，作者对二维发光材料目前的潜在应用以及发展中的挑战和未来机遇进行了展望。
【图文介绍】
图1. 不同硫化钼相的晶体结构及过渡金属硫化物制备方法示意图
图2. 过渡金属硫化物激子发光类型
图3. 掺杂对过渡金属硫化物PL的影响
图4. 合金/原子掺杂对过渡金属硫化物PL的影响
图5.应力对过渡金属硫化物PL的影响
图6. (a), (b), (c) 缺陷钝化前后MoS2 PL对比图, (d) MoS2与光学晶体腔耦合结构示意图，(e) MoS2与光学晶体腔耦合后的PL只有5°的发散角，具有单向性。
图7. 过渡金属硫化物的热致发光与电致发光
图8. 磷烯的结构与发光范围
图9. 磷烯的各向异性及层数对其PL的影响
图10.掺杂、介电环境及温度对磷烯PL的影响
图11. 磷烯表面的氧化对其PL的影响
图12. WS2/MoS2垂直异质节和面内异质节的制备与形貌表征
图13. (a), (b), (c), (d) WSe2/MoS2垂直异质节层间激子发光，(e) MoSe2/MoS2垂直异质节中同时存在正负trions示意图，(f) MoSe2/MoS2垂直异质节PL强度集成图
图14. MoSe2/MoS2垂直异质节堆叠角度对异质节PL的影响
图15. WS2/MoS2面内异质结的PL图
图16. 二维材料异质结的阴极发光
图17. 二维材料异质结的应用(a), (b), (c), (d) 发光二极管(LED), (e), (f) 激光发射器
图18. 二维有机小分子的制备
图19. 二维有机小分子的性质与应用
图20. 二维聚合物的制备
图21. 二维聚合物的性质与应用
图22. 二维超分子聚合物的制备
图23. 二维超分子聚合物的应用
图24. 二维超分子聚合物的应用
图25. 二维COFs的制备
图26. 二维COFs的制备
图27. 二维COFs的性质
图28. 二维COFs的应用
图29. 二维钙钛矿结构的制备
图30. 二维钙钛矿结构的性质
图31. 二维钙钛矿结构的应用
图32. 二维MOFs的制备
图33. 二维MOFs的性质
图34. 二维OMCs的应用
图35. 二维金属有机配合物的制备
图36. 二维金属有机配合物的性质
图37. 二维金属有机配合物的应用
【总结】
在这篇综述中，作者首先回顾了二维无机发光材料的发展历史。这类材料可以通过诸如机械剥离、液相剥离、化学/电化学插层和剥离、固态气相沉积和湿化学合成等方法制备。相比于无机发光块材，二维无机发光材料的发光性能可以更有效的通过改变厚度、元素掺杂、应力作用等方法来调节。此外，二维无机材料组成的异质节结构展示出独特的可通过堆叠角度和应力等因素调节的层间激子发光性能。目前，二维无机发光材料已经被成功应用于发光二极管，激光发射器等器件的制备中。然而，二维无机发光材料在可控合成、二维异质节的大面积液相制备等方面仍然存在很多问题，有待于更加高效的制备方法的提出和拓展。然后，作者对二维有机发光材料(例如有机小分子、聚合物、超分子等)和有机-无机发光材料(如钙钛矿、有机金属配合物等)的制备方法、性质及应用进行了论述。在发光二极管，太阳能电池，光电检测器等应用中，相比于二维无机发光材料，二维有机/有机-无机发光材料的性能还有一定差距，其稳定性及耐用性也有待提高，并且其产量与质量还未达到商业化的标准。虽然超薄二维有机/有机-无机发光材料的相关研究还处于起步阶段，然而这些材料展示出可控合成、易自组装、光电性能优异等特点，因此存在巨大潜力与应用价值，需要被进一步研究与发展。
文献链接：Two-dimensional light-emitting materials: preparation, properties and applications, (Chem. Soc. Rev., 2018, DOI: 10.1039/c8cs00332g)
团队介绍：
南京工业大学先进材料研究院（IAM），南京邮电大学先进材料研究院（IAM）和西北工业大学西安柔性电子研究院（IFE）是以中国科学院院士黄维教授为学科带头人，聚集了有机电子与柔性电子等领域的学者而成立的综合性、交叉学科研究团队。团队主要研究方向包括：有机及钙钛矿光电转换材料薄膜的柔性大面积制备及相关光电子器件的物理性质研究，石墨烯、类石墨烯二维纳米材料的制备、复合及其应用，新型发光材料如超长有机磷光材料和稀土掺杂上转换纳米晶的可控合成及应用等。近年来，团队陆续在Nature Materials, Nature Photonics, Nature Nanotechnology, Nature Communications, Journal of the American Chemical Society等国际顶级学术期刊上发表高水平研究论文，其中代表性工作汇总如下：
1.W. Zou, R. Z. Li, S. T. Zhang, Y. L. Liu, N. N. Wang, Y. Cao, Y. F. Miao, M. M. Xu, Q. Guo, D. W. Di, L. Zhang, C. Yi, F. Gao, R. H. Friend, J. P. Wang and W. Huang, Nature Commun., 2018, 9, 608.
2.G. C. Xing, B. Wu, X. Y. Wu, M. J. Li, B. Du, Q. Wei, J. Guo, E. K. L. Yeow, T. C. Sum and W. Huang, Nature Commun., 2017, 8, 14558.
3.J. Shang, C. Cong, Z. Wang, N. Peimyoo, L. Wu, C. Zou, Y. Chen, X. Y. Chin, J. Wang, C. Soci, W. Huang and T. Yu, Nature Commun., 2017, 8, 543.
4.N. Wang, L. Cheng, R. Ge, S. Zhang, Y. Miao, W. Zou, C. Yi, Y. Sun, Y. Cao, R. Yang, Y. Wei, Q. Guo, Y. Ke, M. Yu, Y. Jin, Y. Liu, Q. Ding, D. Di, L. Yang, G. Xing, H. Tian, C. Jin, F. Gao, R. H. Friend, J. Wang and W. Huang, Nature Photon., 2016, 10, 699-704.
5.S. Han, X. Qin, Z. An, Y. Zhu, L. Liang, Y. Han, W. Huang and X. Liu, Nature Commun., 2016, 7, 13059.
6.R. R. Deng, F. Qin, R. F. Chen, W. Huang, M. H. Hong and X. G. Liu, Nature Nanotechnol., 2015, 10, 237-242.
7.Z. F. An, C. Zheng, Y. Tao, R. F. Chen, H. F. Shi, T. Chen, Z. X. Wang, H. H. Li, R. R. Deng, X. G. Liu and W. Huang, Nature Mater., 2015, 14, 685-690.
8.H. B. Sun, S. J. Liu, W. P. Lin, K. Y. Zhang, W. Lv, X. Huang, F. W. Huo, H. R. Yang, G. Jenkins, Q. Zhao and W. Huang, Nature Commun., 2014, 5, 3601.
本文由Z. Chen供稿，材料牛整理编辑。
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