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新型类石墨烯二维晶体材料——锗烯的研究获进展
佚名
【期刊名称】《功能材料信息》
【年(卷),期】2014(011)005
【摘要】中国科学院武汉物理与数学研究所曹更玉研究组与中国科学院物理研究所高鸿钧院士研究组合作,在新型类石墨烯二维晶体材料——锗烯的制备研究方面取得新进展,相关研究结果与中科院物理所以共同第一作者单位合作发表在Advanced Materials（2014,26,4820）杂志上。
近年来石墨烯研究在世界范围内掀起热潮。
【总页数】1页(P49-49)
【正文语种】中文
【中图分类】TB383
【相关文献】
1.类石墨烯锗烯研究进展 [J], 秦志辉
2.二维类石墨烯晶体材料一单层锡 [J], 胡景莹
3.新型类石墨烯二维晶体材料--锗烯的研究获进展 [J],
4.中科院锗辅助绝缘体上石墨烯材料生长研究获进展 [J],
5.上海微系统所锗基石墨烯应用研究获进展 [J],
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锑烯的制备及在电催化和储能领域的应用雷雪颜;傅正平;陆亚林;向斌【期刊名称】《中国材料进展》【年(卷),期】2022(41)11【摘要】2015年首次报道的锑烯,作为一种新型的2D材料,因具有独特的光电特性、皱片状的结构、大的层间通道尺寸、快速的离子扩散性能和良好的环境稳定性,引起了科学界的广泛关注,其制备方法和实际应用在近几年一直是国内外的研究热点。
在实际应用中,高质量锑烯的制备方法是实现锑烯独特性能的关键。
为了更好地制备锑稀以及利用其性质,详细介绍了近几年报道的锑烯的制备方法,包括机械剥离法、液相剥离法、电化学剥离法、湿化学法、外延法及其它方法,概述了锑烯在电催化和储能领域的应用研究现状,并进行了总结与展望,同时对锑烯应用于超级电容器时存在的问题进行了详细的分析,为锑烯在超级电容器领域的进一步探索提供了思路;有利于研究者快速了解和掌握锑烯不同的制备方法以及在电催化和储能领域的应用研究进展,为研究者理解和利用锑烯的独特性质提供参考。
【总页数】12页(P909-920)【作者】雷雪颜;傅正平;陆亚林;向斌【作者单位】中国科学技术大学材料科学与工程系中国科学院能量转换材料重点实验室;先进光子科学与技术安徽省实验室合肥微尺度物质科学国家研究中心【正文语种】中文【中图分类】O614.5;TM912;TQ152【相关文献】1.3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展2.石墨烯的制备及石墨烯载Pd催化剂对甲酸的电催化氧化3.石墨烯-富勒烯铵碘盐复合载体负载Pd催化剂的制备及电催化氧化乙醇性能4.石墨烯的电化学制备及其在储能领域的应用5.氮掺杂石墨烯的制备方法及在电催化还原方面的应用因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
锑烯二维材料的新宠儿锑烯是一种由锑原子组成的二维材料，最近几年逐渐成为研究领域的热点之一。
锑烯的独特结构和性质使其在电子学、光电子学和催化剂等领域具有潜在的应用前景。
本文将重点介绍锑烯二维材料的特性和应用。
一、锑烯的结构和性质锑烯是由锑原子以二维晶格排列形成的材料。
其结构类似于石墨烯，但具有一些独特的特征。
锑烯中的锑原子呈六角形排列，并形成类似于蜂窝状的晶格结构。
这种特殊的结构使得锑烯具有一些特殊的物理和化学性质。
首先，锑烯具有良好的导电性。
由于其二维结构和高度排列的晶格，锑烯电子能带结构呈现出独特的能带特性。
理论计算表明，锑烯的导电性比石墨烯更好，具有更高的载流子迁移率。
这使得锑烯在电子学领域中具有重要的应用潜力。
此外，锑烯还具有优良的光学特性。
实验研究表明，锑烯能够吸收可见光和近红外光。
这表明锑烯可能在光电子学领域中作为光吸收材料和光催化剂使用。
锑烯的光学性质使其在光电器件和太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。
二、锑烯的应用领域1. 电子学领域锑烯因其优异的导电性被广泛应用于电子学领域。
研究人员发现，锑烯可以用作高性能场效应晶体管的通道材料。
由于其高载流子迁移率和优良的导电性能，锑烯晶体管能够在高频和高功率电子器件中取代传统材料，提高器件的性能。
此外，锑烯还可以用于制备柔性电子器件。
其二维结构使得锑烯具有良好的可弯曲性和可伸缩性，这使得锑烯在可弯曲电子器件和印刷电子领域中具有广泛的应用前景。
2. 光电子学领域锑烯的光学性质使其成为光电子学领域的研究热点。
锑烯可以用作光吸收材料，在光检测、光传感和光通信等领域发挥重要作用。
研究人员通过调控锑烯的结构和化学性质，使其对不同波段的光具有选择性的吸收和透射能力，从而实现光电子器件的高效率和高灵敏度。
此外，锑烯还可以用于光催化领域。
锑烯的光吸收性能和电子传输能力使其成为催化剂的理想材料。
锑烯催化材料可以应用于水分解、二氧化碳还原等反应，以提高光催化剂的效率和稳定性。
锑化物半导体开拓先锋——记中国科学院半导体研究所研究员牛智川 李 莉 王 辉 半导体，与计算机、原子能、激光科技并称为当代科技文明标志性四大领域。
半导体科技经过约70年的发展，科学理论不断完善，材料器件应用日益广泛，已经成为世界各大国强盛的战略根基。
我国科技界将半导体材料体系的拓展称为三代半导体，也就是硅或锗基、砷化镓或磷化铟基、氮化镓或碳化硅基材料三大体系。
基于这三代（类）半导体形成的大规模集成电路与计算机技术、高速光纤通信与互联网技术、高功率电力电子与能源技术等诸多重大战略应用价值方向，不断推动现代信息技术、能源技术以及人工智能技术的进步和发展。
囿于时代背景和工业基础，我国的第一代、第二代半导体科技水平长期落后于人。
进入21世纪后，半导体科技发展规划全面步入国家战略层面。
2020年9月4日，一则“我国将把大力发展第三代半导体产业写入‘十四五’规划”的消息，更是引发市场对功率半导体的瞩目，以氮化镓、碳化硅为首的第三代半导体材料一时间风光无限。
当前，伴随量子信息、可再生能源、人工智能等高新技术的迅速涌现和发展，持续催生和驱动半导体新体系微电子、光电子、磁电子、热电子等多功能器件技术的涌现。
特别是信息技术向智能化、量子化迈进的重要时期，基于经典的前三代半导体深入挖掘其潜力的同时，也需要开拓新体系、新结构、新功能半导体材料，以满足不断增长的高性能、低成本芯片的需求。
在牛智川看来，以G a2O3超宽带隙半导体、锑化物窄带隙半导体、二维原子晶体低维半导体等为核心体系的多种新材料技术中，新型锑化物半导体材料在开拓量子拓扑新效应、推动红外器件制备技术变革两方面占有战略先机地位，是近20年来，国内外半导体材料研究领域呈现出绝无仅有的兼具基础研究科学意义和确定性重大应用前景的新材料体系，作为在相关研究方向走在全球前列的团体之一，中国科学院半导体研究所牛智川研究员团队领衔了我国锑化物半导体的开拓与发展。
走近锑化物半导体什么是锑化物半导体？在回答这个问题之前，先来认识一下半导体。
曾海波Nature 子刊-范德华外延生长制备高质量二维锑烯引言】继JACS 报道曾海波团队以超声辅助液相剥离法成功制备锑烯之后[1] ，该课题组采取范德华外延生长法，成功制备出更高质量的二维锑烯薄膜；借助HRTEM 和Raman 光谱确定外延生长锑烯的精细结构-具有褶皱六元环的P相，与前期课题组理论预测高稳定锑烯工作一致；该工作一方面证实了二维P -Sb的优良热力学和化学稳定性，同时也验证了多层锑烯的半金属特性，并进一步探索其在透明导电薄膜方向的应用前景。
文章以‘ Two-dimensional antimonene single crystals grown by van der Waals epitaxy '为题发表于NatureCommunication 上，通讯作者为南京理工大学曾海波教授，第一作者为吉建平博士。
背景介绍】2014 年，复旦大学张远波课题组与中科大陈仙辉课题组合作开辟二维黑磷领域[2], 丰富了单元素二维材料体系。
实验发现，黑磷其兼具高的迁移率和恰当的带隙，从而成为机具潜力的二维半导体，然而其不稳定性限制了后续的研究与应用。
更重要的是，黑磷体系的出现极大地启发了第五主族维材料体系的研究探索。
同年年底，曾海波课题组的张胜利博士首次从理论上提出了两类新型第五主族二维半导体材料——砷烯和锑烯[3] 。
砷烯和锑烯分别是第五主族元素具有层状结构的砷和锑块体减薄至单原子层所得产物。
模拟计算表明，当减薄至单层，砷、锑将发生半金属-半导体转变，带隙对应于蓝光波段。
论文一经发表，即Nature 、NanoWerk、ChemistryViews 、MaterialViews 等国际学术媒体对此工作进行了密集的亮点报道，引起极大关注。
随后，大量的理论研究工作开始聚焦于它们的电子结构、表面态、边缘态、拓扑态、迁移率、光学性能、热导性能、热电性能、负泊松比等一系列新奇的量子特性[4-6] 。
新兴的二维金属烯：结构调控和电催化应用进展武建栋;赵晓;崔小强;郑伟涛【期刊名称】《催化学报(英文)》【年(卷),期】2022(43)11【摘要】得益于超高的比表面积、高密度的表面活性原子和高度可调的微观结构,二维材料受到研究者的广泛关注.金属烯作为一种简化的、定义明确的模型体系,可以作为良好的载体固定单原子或金属纳米颗粒以获得高效的催化剂.其中,二维金属烯具有类石墨烯结构,是厚度小于5 nm的二维金属基纳米材料,已经在多种电化学反应中表现出较好的电催化性能.本文综述了金属烯在结构调控方面的最新进展,包括缺缺陷工程、相工程、应变工程、界面工程、掺杂和合金工程策略.(1)缺陷工程:缺陷的存在往往能调控材料的电子结构和配位状态,进而改善其催化活性,甚至缺陷位可以直接作为活性位来调控反应进程;(2)相工程:相工程策略包括晶相工程、无定型相工程和异质相工程,区别于热力学稳定的常规相,独特的原子排布方式赋予了非常规相较好的催化活性;(3)应变工程:应变工程不同于配位效应,它是一种长程作用,可大幅度提升材料的性能;(4)界面工程:界面是两种或多种物相的交界,通过各物种强有力的协同效应实现超高的活性;(5)掺杂与合金化:作为一种常规的调控策略,掺杂与合金化在提升材料性能上仍然发挥着巨大的作用.各类调控策略的发展,使得二维金属烯在能源电催化反应中展现出极具前景的应用,包括氧还原反应、二氧化碳还原反应、氢析出反应和小分子氧化反应.最后,本文提出了这一新兴领域的未来挑战和发展方向.【总页数】13页(P2802-2814)【作者】武建栋;赵晓;崔小强;郑伟涛【作者单位】吉林大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】O64【相关文献】1.硼烯和碱土金属硼化物二维纳米材料的制备、结构、物性及应用研究2.基于类石墨烯二维材料的析氢反应电催化剂的研究进展3.二维金属有机框架及其衍生物用于电催化分解水的研究进展4.二维金属纳米材料的合成及电催化应用的研究进展5.苏州纳米所在金属合金晶体结构调控电催化性能方面取得进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
二维锑烯及锑烯量子点：优异的新型非线性光学材料锑烯是一种新型二维材料，由第五主族(氮族)元素锑构成。
第一性原理计算预测锑烯具有强的稳定性和优异的光电性能。
单层锑烯为间接带隙半导体，其具有高载流子迁移率、优异的导热性，通过应变诱导还可以实现间接带隙到直接带隙的转变。
单层锑烯的最大带隙为2.28 eV，处于可见光波长对应的能量范围内，预期将会有大量应用。
近日，深圳大学张晗教授课题组基于电化学剥离和超声化学剥离的方法，分别获得了高质量的少层锑烯和锑烯量子点，并研究了锑烯材料在可见光范围的非线性光学响应。
实验研究发现，锑烯的非线性折射率很大，约为10-5 cm2/W，并且稳定很好。
相关结果发表在AdvancedOptical Materials [Adv. Optical Mater. 2017, 1700301]上。
图1 少层锑烯电化学剥离制备及其形貌结构表征。
（a）电化学剥离锑烯的示意图，其中Na2SO4溶液作为电解质；（b）AFM图像；（c）TEM图像；（d）HRTEM图像；（e）块状和31.6 nm厚的锑烯的拉曼光谱分析；（f）电化学剥离的少层锑烯的Sb 3d5 / 2的XPS谱。
电化学剥离是一种以绿色环保、低能耗、低成本、适用于工业化大规模生产为前提，并且以实现制备均匀、大面积、和优异电光特性的低维材料为目标的制备方法。
该团队采用电化学剥离获得α-少层锑烯材料，利用超声化学剥离获得锑烯量子点，这种剥离方法可重复，获得比液体剥离更均匀和更小的颗粒。
通过探针超声处理，可以实现比机械剥离更高的材料产量。
图2 锑烯量子点制备及其形貌结构表征。
(a)超声化学剥离锑烯量子点的示意图；(b)AFM图像；(c)尺寸分析；(d)TEM图像；(e)块状锑和锑烯量子点的拉曼光谱该团队利用空间自相位调制(SSPM) 测量技术，对制备的少层锑烯和锑烯量子点在可见光波长范围的非线性光学克尔响应进行了分析，发现非线性折射率均为~10-5 cm2/W，并且少层锑烯的非线性折射率稍大于锑烯量子点的非线性折射率。
二维原子晶体锑烯的结构及物性调控研究取得进展
石墨烯的发现以及其具有的独特性质和应用价值激发了人们对其他二维材料的研究热情。
其中由第V主族元素构成的单层材料由于具有较大的带隙、高的载流子迁移率以及“非平庸”的拓扑性质等特点，非常适合应用于下一代电子器件之上。
单层锑烯（Antimonene）近年来被理论预言为具有宽带隙的半导体材料，同时具有高载流子迁移率、高热导电性以及电学性质易于调控等特性，引起了人们的广泛研究。
然而，目前实验上制备高质量锑烯的工作鲜有报道，进一步实现材料结构和物性的调控更加困难。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心高鸿钧院士领导的研究团队多年来一直致力于新型二维晶体材料的制备、物性与应用基础研究，取得了一系列重要研究成果。
早前，他们在二碲化钯衬底上成功制备了大面积高质量的单层锑烯，具有与自由锑烯类似的翘曲蜂巢状结构和晶格周期，并且有着良好的化学稳定性（Adv. Mater. 29, (2017)）。
最近，为了进一步对单层锑烯的结构物性进行调制，该组博士生邵岩、刘中流（共同第一作者）和王业亮研究员（共同通讯作者）等，利用衬底与锑烯之间的晶格失配，成功在Ag(111)单晶表面外延生长了平面蜂窝状结构的单层锑烯。
随后，他们与北京同步辐射中心的王嘉鸥副研究员（光电子能谱分析）、物理所孙家涛副研究员（理论计算，共同通讯作者）等合作，对平面蜂窝状单层锑烯的结构和物性进行了研究。
已有理论研究表明，通过施加应力可以改变锑烯的晶格结构，进而调制其电子特性，拓展其应用领域。
但在实验上如何实现对薄膜材料施加应力一直是一个难题。
由于衬底与薄膜材料之间的晶格不匹配可以实现对薄膜材料施加应力，在具体的实验设计中，他们选取了Ag(111)单晶作为衬底，其晶格常数为2.89 Å，自由锑烯的晶格周期为4.10 Å，衬底与薄膜晶格周期上的不匹配有利于对锑烯施加应力，从而产生对锑烯晶格结构的调制；同时，Ag(111)单晶也具有六重对称性，表面性质稳定，易于获得高质量的薄膜材料。
他们利用分子束外延生长方法，在Ag(111)表面成功获得了大面积高质量的单层锑烯，与自由锑烯相比晶格产生了拉伸，具有无起伏的平面蜂巢状结构（图1）。
借助低能电子衍射（LEED）和扫描隧道显微技术（STM）结合第一性原理
计算等手段，对所生长的单层锑烯的精细原子排布结构进行了研究：LEED实验证明他们获得了大面积的锑烯单晶，在衬底Ag(111)表面形成了（√3×√3）的超晶格结构；STM图像清晰地分辨出锑原子形成的平面蜂巢状结构，相邻锑原子间无起伏，证明了锑烯薄膜质量很高；进一步结合理论模型和STM模拟确定了所获得的这种平面单层锑烯的原子结构（图2，图3）。
随后，他们通过结合X射线光电子能谱实验和电子局域函数理论计算结果，揭示了单层锑烯和基底之间为弱的相互作用（图3，图4）。
最后，他们通过理论计算比较了平面蜂巢结构的锑烯与自由锑烯的电子性质。
在价电子轨道方面，自由锑烯为部分杂化的sp3轨道，平面锑烯只形成sp2杂化轨道，面外的p z轨道不参与杂化，从而出现了类似石墨烯能带中的狄拉克锥结构（图5）；在整体能带结构上，自由锑烯为半导体能带，在平面锑烯中则转变为半金属，且材料在边界处出现了“非平庸”的拓扑态（图6）。
该工作通过衬底与薄膜之间的相互作用，实现了平面结构高质量锑烯的制备，为锑烯结构和性质的调制提供了新的研究方法；同时，平面锑烯在电子结构上出现了新的拓扑边界态，使其具备了在拓扑相关方面的应用潜力，大大拓展了材料未来的应用领域。
相关结果发表在Nano Letters 18, 2133−2139 (2018). 该项研究获得了国家自然科学基金委（, ）、科技部（2016YFA，2013CBA01600）和中国科学院的支持。
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图1.两种晶体结构的单层锑烯。
（a）翘曲蜂巢状结构的单层锑烯；（b）平面蜂巢状结构的单层锑烯。
图2. 平面蜂窝状单层锑烯在Ag(111)上制备示意图、LEED、大面积及精细结构STM图像。
（a）外延生长平面锑烯的生长过程示意图；（b）样品生长前与（c）生长后的LEED图像，在衬底Ag(111)表面形成了（√3×√3）的超晶格结构；（d）单层锑烯薄膜大面积STM图像；（e）单层锑烯薄膜高分辨图像，具有无起伏的蜂巢结构，（f）周期为5.01 Å。
图3. 锑烯高分辨STM图像、理论模型及电子局域功函数。
（a）锑烯原子分辨STM图，（b）STM模拟和（c）结构模型，相互符合的非常好，证明其具有无起伏的平面蜂巢状结构；（d）（e）电子局域函数顶视图和切面图，表明薄膜与衬底之间只有较弱的相互作用。
图4. Ag(111)表面平面蜂窝状单层锑烯制备前后XPS表征。
（a）Ag(111)单晶表面生长单层锑烯前后银元素XPS测试结果；（b）锑烯生长完成后锑元素XPS测试结果；（c）和（d）样
品退火前后银和锑元素XPS测试结果。
图5.两种结构的锑烯中锑原子电子轨道对能带贡献的理论计算。
自由锑烯为部分杂化的sp3轨道（a-e, k），平面锑烯只形成sp2杂化轨道，面外的p z轨道不参与杂化（f-j, l），从而出现了类似石墨烯能带中的狄拉克锥结构（j和l）。
图6.两种结构锑烯的能带结构比较。
（a）自由锑烯为半导体，（b）平面锑烯为半金属，且材料在边界处出现了“非平庸”的拓扑态。
