Hexagonal boron nitride (h-BN), a layered material similar to graphite, is a promising dielectric. Monolayer h-BN, so-called "white graphene", has been isolated from bulk BN and could be useful as a complementary two-dimensional dielectric substrate for graphene electronics. Here we report the large area synthesis of h-BN films consisting of two to five atomic layers, using chemical vapor deposition. These atomic films show a large optical energy band gap of 5.5 eV and are highly transparent over a broad wavelength range. The mechanical properties of the h-BN films, measured by nanoindentation, show 2D elastic modulus in the range of 200−500 N/m, which is corroborated by corresponding theoretical calculations.

Advanced MaterialsVolume 25, Issue 17 p. 2452-2456 Communication Exfoliated Graphitic Carbon Nitride Nanosheets as Efficient Catalysts for Hydrogen Evolution Under Visible Light Shubin Yang, Corresponding Author Shubin Yang [email protected] Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USA Shubin Yang, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USA Xinchen Wang, Research Institute of Photocatalysis, State Key Laboratory Breeding Base of Photocatalysis, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China. Pulickel M. Ajayan, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorYongji Gong, Yongji Gong Department of Chemistry, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorJinshui Zhang, Jinshui Zhang Research Institute of Photocatalysis, State Key Laboratory Breeding Base of Photocatalysis, Fuzhou University, Fuzhou 350002, ChinaSearch for more papers by this authorLiang Zhan, Liang Zhan Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorLulu Ma, Lulu Ma Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorZheyu Fang, Zheyu Fang School of Physics, State Key Lab for Mesoscopic Physics, Peking University, Beijing, 100871, ChinaSearch for more papers by this authorRobert Vajtai, Robert Vajtai Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorXinchen Wang, Corresponding Author Xinchen Wang [email protected] Research Institute of Photocatalysis, State Key Laboratory Breeding Base of Photocatalysis, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China Shubin Yang, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USA Xinchen Wang, Research Institute of Photocatalysis, State Key Laboratory Breeding Base of Photocatalysis, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China. Pulickel M. Ajayan, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorPulickel M. Ajayan, Corresponding Author Pulickel M. Ajayan [email protected] Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USA Shubin Yang, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USA Xinchen Wang, Research Institute of Photocatalysis, State Key Laboratory Breeding Base of Photocatalysis, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China. Pulickel M. Ajayan, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this author Shubin Yang, Corresponding Author Shubin Yang [email protected] Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USA Shubin Yang, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USA Xinchen Wang, Research Institute of Photocatalysis, State Key Laboratory Breeding Base of Photocatalysis, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China. Pulickel M. Ajayan, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorYongji Gong, Yongji Gong Department of Chemistry, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorJinshui Zhang, Jinshui Zhang Research Institute of Photocatalysis, State Key Laboratory Breeding Base of Photocatalysis, Fuzhou University, Fuzhou 350002, ChinaSearch for more papers by this authorLiang Zhan, Liang Zhan Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorLulu Ma, Lulu Ma Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorZheyu Fang, Zheyu Fang School of Physics, State Key Lab for Mesoscopic Physics, Peking University, Beijing, 100871, ChinaSearch for more papers by this authorRobert Vajtai, Robert Vajtai Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorXinchen Wang, Corresponding Author Xinchen Wang [email protected] Research Institute of Photocatalysis, State Key Laboratory Breeding Base of Photocatalysis, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China Shubin Yang, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USA Xinchen Wang, Research Institute of Photocatalysis, State Key Laboratory Breeding Base of Photocatalysis, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China. Pulickel M. Ajayan, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this authorPulickel M. Ajayan, Corresponding Author Pulickel M. Ajayan [email protected] Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USA Shubin Yang, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USA Xinchen Wang, Research Institute of Photocatalysis, State Key Laboratory Breeding Base of Photocatalysis, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China. Pulickel M. Ajayan, Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Rice University, Houston, Texas 77005, USASearch for more papers by this author First published: 01 March 2013 https://doi.org/10.1002/adma.201204453Citations: 2,098Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onEmailFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Graphical Abstract Graphitic carbon nitride nanosheets are extracted, produced via simple liquid-phase exfoliation of a layered bulk material, g-C3N4. The resulting nanosheets, having ≈2 nm thickness and N/C atomic ratio of 1.31, show an optical bandgap of 2.65 eV. The carbon nitride nanosheets are demonstrated to exhibit excellent photocatalytic activity for hydrogen evolution under visible light. Supporting Information As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Filename Description adma_201204453_sm_suppl.pdf571.8 KB suppl Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. References 1 J. N. Coleman, M. Lotya, A. O'Neill, S. D. Bergin, P. J. King, U. Khan, K. Young, A. Gaucher, S. De, R. J. Smith, I. V. Shvets, S. K. Arora, G. Stanton, H. Y. Kim, K. Lee, G. T. Kim, G. S. Duesberg, T. Hallam, J. J. Boland, J. J. Wang, J. F. Donegan, J. C. Grunlan, G. Moriarty, A. Shmeliov, R. J. Nicholls, J. M. Perkins, E. M. Grieveson, K. Theuwissen, D. W. McComb, P. D. Nellist, V. Nicolosi, Science 2011, 331, 568. 2 S. B. Yang, X. L. Feng, L. Wang, K. Tang, J. Maier, K. Müllen, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4795. 3 S. B. Yang, X. L. Feng, X. C. Wang, K. Müllen, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 5339. 4 K. S. Novoselov, Z. Jiang, Y. Zhang, S. V. Morozov, H. L. Stormer, U. Zeitler, J. C. Maan, G. S. Boebinger, P. Kim, A. K. Geim, Science 2007, 315, 1379. 5 F. Schedin, A. K. Geim, S. V. Morozov, E. W. Hill, P. Blake, M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov, Nat. Mater. 2007, 6, 652. 6 M. Choi, K. Na, J. Kim, Y. Sakamoto, O. Terasaki, R. Ryoo, Nature 2009, 461. 7 Y. W. Zhu, S. Murali, M. D. Stoller, K. J. Ganesh, W. W. Cai, P. J. Ferreira, A. Pirkle, R. M. Wallace, K. A. Cychosz, M. Thommes, D. Su, E. A. Stach, R. S. Ruoff, Science 2011, 332, 1537. 8 S. B. Yang, X. L. Feng, K. Müllen, Adv. Mater. 2011, 23, 3575. 9 S. B. Yang, Y. Sun, L. Chen, Y. Hernandez, X. L. Feng, K. Müllen, Sci. Rep. 2012, 2. 10 A. K. Geim, Science 2009, 324, 1530. 11 X. Du, I. Skachko, A. Barker, E. Y. Andrei, Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 491. 12 X. L. Li, X. R. Wang, L. Zhang, S. W. Lee, H. J. Dai, Science 2008, 319, 1229. 13 L. Ci, L. Song, C. H. Jin, D. Jariwala, D. X. Wu, Y. J. Li, A. Srivastava, Z. F. Wang, K. Storr, L. Balicas, F. Liu, P. M. Ajayan, Nat. Mater. 2010, 9, 430. 14 M. Osada, T. Sasaki, J. Mater. Chem. 2009, 19, 2503. 15 K. G. Zhou, N. N. Mao, H. X. Wang, Y. Peng, H. L. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 10839. 16 Y. S. Jun, W. H. Hong, M. Antonietti, A. Thomas, Adv. Mater. 2009, 21, 4270. 17 A. Thomas, A. Fischer, F. Goettmann, M. Antonietti, J. O. Müller, R. Schlogl, J. M. Carlsson, J. Mater. Chem. 2008, 18, 4893. 18 X. C. Wang, K. Maeda, A. Thomas, K. Takanabe, G. Xin, J. M. Carlsson, K. Domen, M. Antonietti, Nat. Mater. 2009, 8, 76. 19 M. Groenewolt, M. Antonietti, Adv. Mater. 2005, 17, 1789. 20 K. Chingin, R. H. Perry, S. D. Chambreau, G. L. Vaghjiani, R. N. Zare, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8634. 21 B. Jurgens, E. Irran, J. Senker, P. Kroll, H. Muller, W. Schnick, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 10288. 22 A. J. Du, S. Sanvito, Z. Li, D. W. Wang, Y. Jiao, T. Liao, Q. Sun, Y. H. Ng, Z. H. Zhu, R. Amal, S. C. Smith, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4393. 23 P. Niu, L. L. Zhang, G. Liu, H. M. Cheng, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 4763. 24 E. Quirico, G. Montagnac, V. Lees, P. F. McMillan, C. Szopa, G. Cernogora, J. N. Rouzaud, P. Simon, J. M. Bernard, P. Coll, N. Fray, R. D. Minard, F. Raulin, B. Reynard, B. Schmitt, Icarus 2008, 198, 218. 25 A. Vinu, Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 816. 26 Y. G. Li, J. A. Zhang, Q. S. Wang, Y. X. Jin, D. H. Huang, Q. L. Cui, G. T. Zou, J. Phys. Chem. B 2010, 114, 9429. 27 R. C. Dante, P. Martin-Ramos, A. Correa-Guimaraes, J. Martin-Gil, Mater. Chem. Phys. 2011, 130, 1094. 28 Y. J. Cui, J. S. Zhang, G. G. Zhang, J. H. Huang, P. Liu, M. Antonietti, X. C. Wang, J. Mater. Chem. 2011, 21, 13032. 29 B. V. Lotsch, M. Doblinger, J. Sehnert, L. Seyfarth, J. Senker, O. Oeckler, W. Schnick, Chem. Eur. J. 2007, 13, 4969. 30 J. S. Zhang, X. F. Chen, K. Takanabe, K. Maeda, K. Domen, J. D. Epping, X. Z. Fu, M. Antonietti, X. C. Wang, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 441. 31 X. F. Chen, Y. S. Jun, K. Takanabe, K. Maeda, K. Domen, X. Z. Fu, M. Antonietti, X. C. Wang, Chem. Mater. 2009, 21, 4093. 32 F. Zou, K. Bozhilov, R. J. Dillon, L. Wang, P. Smith, X. Zhao, C. Bardeen, P. Y. Feng, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 6223. Citing Literature Volume25, Issue17May 7, 2013Pages 2452-2456 ReferencesRelatedInformation

Graphene quantum dots (GQDs), which are edge-bound nanometer-size graphene pieces, have fascinating optical and electronic properties. These have been synthesized either by nanolithography or from starting materials such as graphene oxide (GO) by the chemical breakdown of their extended planar structure, both of which are multistep tedious processes. Here, we report that during the acid treatment and chemical exfoliation of traditional pitch-based carbon fibers, that are both cheap and commercially available, the stacked graphitic submicrometer domains of the fibers are easily broken down, leading to the creation of GQDs with different size distribution in scalable amounts. The as-produced GQDs, in the size range of 1-4 nm, show two-dimensional morphology, most of which present zigzag edge structure, and are 1-3 atomic layers thick. The photoluminescence of the GQDs can be tailored through varying the size of the GQDs by changing process parameters. Due to the luminescence stability, nanosecond lifetime, biocompatibility, low toxicity, and high water solubility, these GQDs are demonstrated to be excellent probes for high contrast bioimaging and biosensing applications.

Monolayer molybdenum disulfide (MoS2) is a two-dimensional direct band gap semiconductor with unique mechanical, electronic, optical, and chemical properties that can be utilized for novel nanoelectronics and optoelectronics devices. The performance of these devices strongly depends on the quality and defect morphology of the MoS2 layers. Here we provide a systematic study of intrinsic structural defects in chemical vapor phase grown monolayer MoS2, including point defects, dislocations, grain boundaries, and edges, via direct atomic resolution imaging, and explore their energy landscape and electronic properties using first-principles calculations. A rich variety of point defects and dislocation cores, distinct from those present in graphene, were observed in MoS2. We discover that one-dimensional metallic wires can be created via two different types of 60° grain boundaries consisting of distinct 4-fold ring chains. A new type of edge reconstruction, representing a transition state during growth, was also identified, providing insights into the material growth mechanism. The atomic scale study of structural defects presented here brings new opportunities to tailor the properties of MoS2 via controlled synthesis and defect engineering.

Single-layered molybdenum disulphide with a direct bandgap is a promising two-dimensional material that goes beyond graphene for the next generation of nanoelectronics. Here, we report the controlled vapour phase synthesis of molybdenum disulphide atomic layers and elucidate a fundamental mechanism for the nucleation, growth, and grain boundary formation in its crystalline monolayers. Furthermore, a nucleation-controlled strategy is established to systematically promote the formation of large-area, single- and few-layered films. Using high-resolution electron microscopy imaging, the atomic structure and morphology of the grains and their boundaries in the polycrystalline molybdenum disulphide atomic layers are examined, and the primary mechanisms for grain boundary formation are evaluated. Grain boundaries consisting of 5- and 7- member rings are directly observed with atomic resolution, and their energy landscape is investigated via first-principles calculations. The uniformity in thickness, large grain sizes, and excellent electrical performance signify the high quality and scalable synthesis of the molybdenum disulphide atomic layers.