功能化二硫化鉬量子點光電材料的應用研究進展

黃垚　朱笑笑

摘 要：綜述了近兩年內二硫化鉬量子點復合光電材料的制備及應用研究進展，對他們在光電析氫、光致發光、熒光探針、電致化學發光以及太陽能電池的應用進行了分類介紹。并對該類材料未來應用前景進行了展望。

關鍵詞：功能化二硫化鉬量子點;光電材料;應用進展

MoS2量子點具有較強的小尺寸效應、邊緣效應、量子極限和域效應，使其在電學和光學性能上獨樹一幟。但是單一MoS2材料儲存時間短且容易聚集，限制了其優良性能的保持和應用，且傳導性低，光生載流子復合率高[1]，所以這就需要尋找其他的可以改善MoS2這一缺點的材料與之復合，來實現其特異性能的應用。有關二硫化鉬復合材料的綜述很多，但關于功能化二硫化鉬量子點復合材料的綜述目前沒有發現。本文對近兩年內二硫化鉬量子點復合材料的制備及應用進行了一個總結。

1 光電析氫方向

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

Zhan等[2]用MoS2量子點和醋酸鎳采用水熱法制備了MoS2? QDs/NiO納米片。由于MoS2量子點和NiO-NSs的異質界面協同作用以及均勻分散的MoS2量子點在超薄NiO-NSs上的豐富活性位點，制備的MoS2量子點/NiO-NSs電極具有較高的電催化活性和良好的穩定性。在析氫反應中需要186毫伏，在析氧反應中需要190毫伏的小過電位才能承受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量子點以與CdS復合，制備出的復合物有較高的界面電子轉移能力，電子和空穴的復合速率降低，在制氫過程中有高光催化活性。結果表明，制備的復合物在亞硫酸銨溶液中的氫活度為863μmol/h（QE=29.3%）。

2 光致發光方向

Zhu等[4]制造了多種功能化的二硫化鉬量子點，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不同溶劑中，通過超聲將其切割成小塊狀。然后經過溶劑熱處理，最終得到了三種功能化的MoS2 QDs。有機官能團，特別是羥基（AOH）和醛（ACHO）基團，在增強材料熒光方面起著重要作用。這些官能團可以通過電子轉移過程改變宿主材料的帶隙結構，導致能級的變化。通過使用不同的有機基團展示了功能化MoS2 QDs的可調諧PL行為。實驗結果表明，由于這些有機官能團誘導的表面陷阱態的增加，功能化MoS2 QDs的發光強度也得到了增強。

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，利用Eu3+和Tb3+的紅綠發射色，成功地在MoS2量子點中共摻雜以獲得白光。可見MoS2晶格對這兩種稀土離子都起到了很好的寄主作用。通過調節量子點的摻雜濃度和尺寸，獲得了高強度（量子產率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。乙二胺功能化的MoS2 QDs制備熒光光譜，用于土霉素的檢測。土霉素對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量子點的NH2基團之間的強結合所致。該測定方法可應用于環境水體和魚類樣品中土霉素的測定。

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

Guo等[8]通過MoS2量子點與APBA的簡單氨基酰化反應，合成了硼酸功能化MoS2量子點。所制備的B-MoS2量子點可以利用汞離子促進芳基硼酸轉化反應的獨特猝滅機理，構建一種分析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的紫外燈下顯示藍色熒光。加入不同濃度的Hg2+反應5min后，試紙的熒光將不同程度地熄滅。該方法對環境水體中Hg2+的測定具有良好的分析性能。這些檢測性能表明，該方法在環境汞的現場監測中具有潛在的應用前景。

Lin等[9]為了合成MoS2/COOH量子點，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量子點的方法制備了胺基和巰基官能化MoS2量子點。通過調節MoS2量子點的表面官能團，成功合成了表面功能化三種表面功能化量子點。它們對CO2+、Cd2+和Pb2+離子具有良好的選擇性和靈敏度。這些傳感器系統是基于熒光開啟機制，并加入適當的金屬離子來實現的。這些MoS2量子點傳感器對CO2+、Cd2+和Pb2+金屬離子的檢測限分別為54.5、99.6和0.84nm。各金屬離子與表面官能團的強締合使檢測限低至納米級。

4 電致化學發光方向

Duan等[10]制備了MoS2QDs@g-C3N4@CS-AuNPs納米復合材料用作前列腺特異性抗原的選擇性檢測，獲得的復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產生的優異的電化學活性。復合物基于SPR-aptasensor顯示了0.72ng/mL的快速響應和高度靈敏的檢測限。

Xin等[11]混合等容10mg/L MoS2量子點和 Mof-545-ZnMOF-545-Zn超聲復合得到復合材料。新型復合材料具有更穩定、更高的ECL響應和更易發揮功能的特點。利用該物質通過LA功能構建了生物傳感器系統，取得了較好的效果。因此，合成了增強型ECL復合物，建立了一種新型的ECL免疫傳感器系統。

5 太陽能電池方向

Leyla Najafi等[12]通過控制二硫化鉬量子點和還原氧化石墨烯（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，充分發揮了GRMs的潛力。可以通過界面工程設計和組合固溶處理的低維材料來提高PSCs的效率和穩定性。這些結果加上廣泛的二維材料庫的可用性，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境友好的溶液處理方法從其散裝對應物生產，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，以便作為功能層集成到PSC結構中。

通過深度開發2D材料提供的潛力，設計了固定在RGO薄片功能點上的MoS2 QDs，以有效地從MAPBI3向介觀結構中的陽極接觸方向收集光生空穴（以及阻擋電子），達到最大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定性，表明了下一代PSCs的可行性。

6 結論與展望

目前功能化二硫化鉬量子點復合物光電材料的制備研究很少，功能化二硫化鉬量子點在光電應用方面效果遠好于單一的MoS2量子點，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，因為其良好性能，得到了學者們大量的研究。但關于MoS2量子點單一的研究得到一定的限制，需要進行二硫化鉬量子點復合其他物質的研究，來拓寬MoS2量子點的研究和應用領域。

參考文獻：

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[12] Najafi L， et al. ACS Nano，12，10736-10754.

作者簡介：

黃垚（1997- ），女，安徽省安慶市人，安徽理工大學在讀碩士研究生，研究方向：二維硫屬半導體材料光電性能。