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引言
构建成分和形貌可调的半导体纳米材料基异质结构对于电子、光电、热电、催化等各种应用至关重要 。 这些异质结构的不同组件之间的界面在决定器件性能方面起着至关重要的作用 。 基于半导体纳米材料的外延异质结构具有精确控制的组成和形貌 ， 对于光电子、热电和催化的各种应用非常重要 。 到目前为止 ， 已经构建了各种外延异质结构 。 在本文中 ， 我们将首先介绍通过湿化学方法合成基于半导体纳米材料的外延异质结构 。 展示了基于不同种类种子或模板的各种体系结构 ， 并详细讨论了它们的生长机制 。 然后 ， 描述了外延异质结构在光电、催化和热电方面的应用 。
实验
外延异质结构可以使用多种湿化学方法构建 ， 包括从分子前体直接合成和现有种子或模板的合成后处理 。 在外延生长方法的解决方案中 ， 允许第二材料在现有种子的限定位置上成核 。 离子交换方法 ， 特别是阳离子交换 ， 其中NC主体晶格中的阳离子取代溶液中的阳离子 ， 最近被用作构建外延异质结构的特别有力的工具 。
基于不同的合成策略 ， 例如热注入和水/溶剂热策略 ， 在溶液外延生长中构建外延异质结构总是需要“种子” 。 如果成核溶液中存在种子 ， 即异质成核 ， 则不同 。 种子的大小、形状、晶体结构和表面性质以多种方式极大地影响第二材料的成核和生长 。 热注入策略热注入策略用于合成单分散、高发光的碳硫族化合物纳米复合材料是制备具有不同形貌的外延异质结构的非常有效的方法 。 在热注射方法中 ， 将“冷”(室温)前体溶液快速注射到高温下的热反应溶液中 ， 这有效地分离了纳米晶的成核和进一步生长 。 因此 ， 合成的纳米复合材料的尺寸分布非常窄 。
结果和讨论
我们已经通过湿化学方法制备了具有各种结构和组成的半导体纳米材料基外延异质结构 。 由于种子的生长通常涉及到合成过程 ， 在本文中 ， 我们将介绍基于起始种子/模板的不同类型的纳米结构 。 将描述基于0维、一维和二维种子/模板的外延热侵蚀色结构 。
纳米材料最常见的结构是0维纳米材料 ， 它在过去的几十年里得到了广泛的研究 。 然而 ， 从这种简单的融合开始 ， 可以通过0DNCs作为种子获得各种外延结构 ， 包括核心壳结构、纳米孔二聚体、纳米体、纳米体、一维纳米棒、四足动物和Janus纳米结构 。
最初 ， 外延核壳结构的构建被用来制备具有无机钝化壳的核壳量子点 ， 以提高光致发光量子产率 。 核壳材料之间晶格失配较小的类似晶体结构是构建高质量外延核壳纳米结构的先决条件 。 晶格失配严重限制了在核上生长具有显著厚度的壳的可能性 ， 但是会引入对光致发光性质有害的缺陷 。 随着壳层厚度的增加 ， 晶格应变逐渐增大到不再通过弹性晶体变形释放的程度 。 为了弥补这一缺点 ， 我们合成了核心多壳纳米结构 ， 其中核心被埋在由两或三层晶格参数逐渐发散的连续层制成的外壳中 。 夹在核心NC和外壳之间的晶格参数自适应层允许应变逐渐释放 。 因此 ， 支柱缺陷可以最小化 ， PL效率和稳定性可以大大提高 。 这一策略已经在CdSe的“硒化锌-硫化锌核心”壳-壳系统中得到应用 。
【半导体纳米材料外延结构的湿化学合成及其应用】新的复杂异质结构 ， 如三明治结构和Janus结构 ， 很难从分子前体直接合成 ， 但它们可以通过部分阳离子交换方法容易地获得 。 由夹在两个硫化锌帽之间的盘状Cu2-xS层组成的双界面Cu2-xS/ZnS异质结构的合成(图3a) 。 在阳离子交换过程中 ， 硫化锌晶粒对称地分布在两个相反的侧面 ， 随着硫化锌晶粒的长大 ， 中心的Cu2-xS变成了圆盘状的2D层 。 通过控制阳离子交换的程度 ， 可以很好地调节Cu2-xS的厚度(图3b–f) 。 为研究NCs中某些独特的物理性质 ， 如2D空穴气体和2D量子阱提供了模板 。 当阳离子交换开始于NCs的中间时 ， 也可以获得类似三明治的异质结构 。
图3 显示了Cu1.8S NCs向具有硫化锌帽的三明治状异质结构的阳离子交换转变
2D纳米材料因其优异的性能和在电子和光电子领域的潜在应用而引起了极大的关注 。 近年来已经制造了两种类型的2D纳米片/纳米板 。 第一种类型的2D纳米材料是由具有2D晶体结构的层状半导体制成的 ， 例如TMDs 。 第二类由非层状晶体结构的半导体组成 ， 如纤锌矿或闪锌矿结构的ⅱ–ⅵ族半导体 。 两种类型的厚度都可以用原子力控制精度 ， 使2D纳米材料具有新颖的物理和化学特性 。
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