光探测器因其在军事探测、环境监测、气体传感、生物传感等方面的广泛应用而备受重视。二维无机半导体材料由于其独特的物理化学性质是制备光探测器最常用的材料。然而，大多数无机半导体光探测器存在固有的缺陷，包括光腐蚀、制备方法复杂、成本高、对光的利用效率低等限制了其进一步的发展和应用。
二维的金属-有机框架（MOFs）材料，作为一种无机-有机杂化材料，由于其丰富的组成方式，高度有序的晶体结构，复杂巧妙的电子排布，是一种极具潜力与开发价值的光探测器材料。然而MOFs材料多以粉体/微晶的形式存在，难以满足探测器大面积、薄膜化的应用需求。因此制备高质量二维MOFs薄膜应用于光探测器成为当前研究的难点。
近日，闽江学院材料与化学工程学院与中科院福建物质结构研究所张健课题组合作采用液相外延层层组装喷雾法法制备MOFs薄膜的技术，制备出一系列二维的锌卟啉MOFs薄膜ZnTCPP(M)（M= Zn, Mn, Fe, H2）并用作光电测器的光感生层材料。该方法制备的一系列MOFs薄膜具有相同的结构和单一生长取向，在该结构中卟啉配体（TCPP）连接锌节点构筑成的二维片层，然后通过层间的π-π相互作用平行堆叠成二维框架结构。MOFs层间的π-π相互作用有利于电荷的转移与传输，因此ZnTCPP(M)薄膜表现出了优良的光探测性能，而且卟啉环中心金属的引入可以调控其光探测性能，其中ZnTCPP(Zn)表现出了最好的光探测性能, 具有高的开关比（2.3 × 104），响应度 (10.3 A W−1)，探测度8.1 × 1013 Jones和短的升降时间（0.09/0.07 s）。同时，研究者还利用理论计算进一步分析了卟啉环中心金属的扰合对性能优化的原因，该工作将为调节二维卟啉MOFs的光电探测器性能提供新的认识，也为光电器件的制备提供新的前景。相关研究发表在ACS Appl. Mater. Interfaces期刊上，并被选为封面。闽江学院李德晶副教授为论文第一作者，林棋教授和中科院物构所谷志刚研究员为通讯作者。
论文信息
Optimizing Photodetectors in Two-Dimensional Metal-Metalloporphyrinic Framework Thin Films
De-Jing Li, Yi-Bo Tian, Qi Lin*, Jian Zhang, and Zhi-Gang Gu*
ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33548–33554
DOI: 10.1021/acsami.2c07686
第一作者
李德晶 副教授
李德晶，男，博士，副教授。2021年6月博士毕业于中国科学院福建物质结构研究所（导师：张健研究员），同年8月作为福建省引进生加入闽江学院工作，研究方向为表面配位金属有机框架薄膜的制备和性能研究。以第一作者在J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., Chem. Sci., JMCA., Small, ACS Appl. Mater. Interfaces, Dalton Transactions等期刊发表SCI论文多篇。
通讯作者
谷志刚 研究员
谷志刚，男，理学博士，研究员，博士生导师。2014年获卡尔斯鲁厄理工大学 (KIT)博士学位，随后在KIT从事博后研究，2015年至今在中科院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室任副研究员、2018晋升研究员。已获福建省引进高层次人才（境外B类）、中国科学院青年创新促进会会员，并主持国家自然基金（面上和青年项目）、福建光电信息科学与技术创新实验室主任基金、结构化学国家重点实验室优秀课题以及福建省自然基金面上项目等科研项目。此外，担任中科院青促会化学与材料分会理事及福建物构所小组组长，《应用化学》与《功能高分子学报》青年编委。研究方向为多孔晶态薄膜，已发表Chem. Soc. Rev., Coord. Chem. Rev., Angew. Chem., J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Chem. Sci., Nano Lett., ACS Nano等杂志70余篇论文，并申请和授权多项专利。
林棋 教授
林棋，1968年出生，教授，理学博士，现为闽江学院材料与化学工程学院院长，绿色染整福建省高校工程研究中心主任，“有机化学”省级精品课程负责人，省级实验教学示范中心主任，重点学科“应用化学”学科带头人，入选“福建省高等学校跨世纪优秀人才支持计划”，“闽都学者”特聘教授。中国化学会会员、福建省化学会理事。长期致力于绿色功能材料的开发与应用研究，在绿色功能材料的基础、合成及应用方面进行了开拓性研究，重点开发绿色精细化学品的生产工艺，取得一系列成果。近五年来，在国内外共发表论文40多篇，其中SCI收录20多篇，荣获第九届、第十一届福建省自然科学优秀学术论文二、三等奖，申请发明专利3项，参编“十一五”规划教材2部；先后主持或主研国家自然科学基金、福建省产学重大科技项目、福建省自然基金项目等10多项。
