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由于其优良并易于调控的特性，层状铋基纳米材料在光电领域受到了广泛关注。其中，Bi9O7.5S6材料具有合适的带隙和能级结构，在光电检测领域具有重要的应用前景。然而，块状Bi9O7.5S6材料受限于其电荷分离效率，光电响应性能受限。优化Bi9O7.5S6纳米材料以提高其光电响应是急需解决的问题。
近日，南京工业大学吕刚课题组采用简单的溶剂热法成功合成了Bi9O7.5S6纳米薄片，并且可以在15-60 nm范围内精确调控纳米片的厚度。SEM和TEM结果确认合成的Bi9O7.5S6纳米片的片状形貌，并确认了螺旋位错的存在，表明其生长过程遵循螺旋生长机制。XRD结果确认了纳米片属于具有六方晶系。
图1.(a-b) Bi9O7.5S6纳米片的SEM图像；(c) Bi9O7.5S6纳米片的TEM图像和SAED图；(d) Bi9O7.5S6纳米片的EDS图；(e) Bi9O7.5S6纳米片的XRD谱图；(f) Bi9O7.5S6纳米片[001]方向的晶体结构投影；紫色、红色、白色和黄色小球分别表示Bi、O1、O2和S原子。 此外，改变反应时间可以调控Bi9O7.5S6纳米片的大小和厚度。SEM、AFM结果表明：当反应时间为1 h时，得到的纳米片厚度为15±2 nm，平均大小为4.2±1.2 μm；反应时间为3 h时，Bi9O7.5S6纳米片的厚度为20±3 nm，平均大小为3.3±0.9 μm；当反应时间延长至24 h，Bi9O7.5S6纳米片的厚度增至50 nm，平均大小降低到2.0±0.8 μm。该结果说明Bi9O7.5S6纳米片遵循Ostwald熟化机制进行生长，熟化时间的延长会导致纳米片横向尺寸减小、厚度增加。 图2. 反应时间为a,d) 1 h、b,e) 3 h和c,f) 24 h时得到的Bi9O7.5S6纳米片的SEM和AFM图。(d-f) 图中的插图显示了相应纳米片的厚度。 该Bi9O7.5S6纳米片在可见光和近{attr}3225{/attr}范围内表现出强烈的光吸收性质,可被用于光电响应领域。为此,我们将Bi9O7.5S6纳米片悬浊液滴涂在叉指电极表面进行光电响应测试。在功率密度为0-315 W m-2的白光照射下，器件的光电流随着光功率强度的增大而增大。在5 V的偏压下对器件进行间歇性光照，发现其暗电流仅为9.6 nA,光电流高达7.15 μA，表明该器件有较优秀的光电响应。而且，器件对400-800 nm范围内的光都表现出较敏感的光电响应，响应度可达到1140 μA W-1，并且长时间工作后性能依然能够保持稳定。这项工作展示了Bi9O7.5S6纳米薄片在光电子领域的巨大潜力，未来也可以将其扩展到光伏、超导、太阳能电池、热电等应用场景。 图3. (a) Bi9O7.5S6纳米片的紫外-可见-近红外吸收光谱；(b) 不同白光照射强度下Bi9O7.5S6纳米片光电器件的I-V曲线；(c) 间歇照射条件下器件的i-t曲线；(d) 器件光电流与入射光功率的关系及拟合曲线。 论文信息： Synthesis of Thin Bi9O7.5S6 Nanosheets for Improved Photodetection in a Wide Wavelength Range Ronghua Yi, Jin Wang, Xiaoping Yue, Yan Liang, Zhuoyao Li,Huixiang Sheng, Mengdan Guan, Yameng Zhu, Qizeng Sun, Li Wang, Prof. Xiao Huang, Prof. Gang Lu Chemistry – An Asian Journal DOI: 10.1002/asia.202100963
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