用於寬帶光探測的近紅外二維有機共晶體製備成功

2020-12-21 科學網

用於寬帶光探測的近紅外二維有機共晶體製備成功

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/12/19 16:05:47

天津大學胡文平團隊採用共晶體工程方法製備了一種用於寬帶光探測的近紅外二維有機共晶體。 相關研究成果於2020年12月17日發表於國際頂尖學術期刊《德國應用化學》。

二維共晶為用晶體工程代替分子工程製備二維功能材料開闢了一條新途徑。

該文中，研究人員成功地設計並製備了長度達數毫米、具有強近紅外吸收的大面積二維共晶體。在分子間電荷轉移（CT）相互作用的驅動下，四苯基卟啉鋅（施主）和C60（受體）自組裝成吸收波長達1080nm的近紅外共晶體。通過調整生長溶劑和工藝，共晶的形貌可以從一維納米線、二維納米片到長達數毫米的大面積二維共晶薄膜。

令人印象深刻的是，由於施主-受主排列的高度有序，二維共晶體中的CT吸收顯著增強，並變得與單重態吸收相當。均勻的二維共晶在近紅外區具有增強的CT吸收，對近紅外光具有2424mA/W的高響應率和0.6s的快速響應時間。瞬態吸收光譜和器件優化結構表明產生長壽命的自由電荷載流子是器件性能優異的原因。

該文以寬帶光電探測器二維共晶體的可控生長為例，揭示了高性能電子器件用共晶薄膜的廣闊前景，為其向大規模、集成化、柔性化、實用化方向發展鋪平了道路。

附：英文原文

Title: Cocrystal Engineering: toward Solution‐Processed Near‐Infrared 2D Organic Cocrystals for Broadband Photodetection

Author: Wenping Hu, Yu Wang, Huang Wu, Weigang Zhu, Xiaotao Zhang, Zheyuan Liu, Yishi Wu, Changfu Feng, Yanfeng Dang, Huanli Dong, Hongbing Fu

Issue&Volume: 17 December 2020

Abstract: Two‐dimensional (2D) cocrystals open a new way to get 2D functional materials via  crystal engineering instead of molecular engineering. Here, large‐area 2D cocrystals with length reaching several millimeters with strong near‐infrared (NIR) absorption have been successfully designed and prepared. Driven by the intermolecular charge‐transfer (CT) interactions, zinc tetraphenylporphyrin (donor) and C 60  (acceptor) self‐assemble into a NIR cocrystals with absorption wavelength up to 1080 nm. By tailoring the growth solvents and processes, the cocrystal morphologies can be tuned from 1D nanowires, 2D nanosheets to large‐area 2D cocrystal films with length reaching several millimeters. Impressively, due to the highly ordered donor‐acceptor arrangement, the CT absorption in the 2D cocrystals is significantly enhanced and becomes comparable to singlet absorption. The uniform 2D cocrystals, with enhanced CT absorption in the NIR region, displays a high responsivity of 2424 mA/W to NIR light and a fast response time of 0.6 s. The excellent device performance can be attributed to the generation of long‐lived free charge carriers as revealed by transient absorption spectroscopy and the optimization of device configuration. This work shows an example of controlled growth of 2D cocrystals for broadband photodetectors, which reveals the brilliant future of cocrystal films for high‐performance electronics and paves their way towards large‐scale, integrated, flexible, practical applications.

DOI: 10.1002/anie.202015326

Source: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202015326

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