Defect-rich MoS2 ultrathin nanosheets are synthesized on a gram scale for electrocatalytic hydrogen evolution. The novel defect-rich structure introduces additional active edge sites into the MoS2 ultrathin nanosheets, which significantly improves their electrocatalytic performance. Low onset overpotential and small Tafel slope, along with large cathodic current density and excellent durability, are all achieved for the novel hydrogen-evolution-reaction electrocatalyst.

Abstract The optical conductance of monolayer graphene is defined solely by the fine structure constant, α = $e^2 /\hbar c$ (where e is the electron charge, $\hbar $ is Dirac's constant and c is the speed of light). The absorbance has been predicted to be independent of frequency. In principle, the interband optical absorption in zero‐gap graphene could be saturated readily under strong excitation due to Pauli blocking. Here, use of atomic layer graphene as saturable absorber in a mode‐locked fiber laser for the generation of ultrashort soliton pulses (756 fs) at the telecommunication band is demonstrated. The modulation depth can be tuned in a wide range from 66.5% to 6.2% by varying the graphene thickness. These results suggest that ultrathin graphene films are potentially useful as optical elements in fiber lasers. Graphene as a laser mode locker can have many merits such as lower saturation intensity, ultrafast recovery time, tunable modulation depth, and wideband tunability.

The nonlinear optical property of few-layered MoS 2 nanoplatelets synthesized by the hydrothermal exfoliation method was investigated from the visible to the near-infrared band using lasers.Both open-aperture Z-scan and balanced-detector measurement techniques were used to demonstrate the broadband saturable absorption property of fewlayered MoS 2 .To explore its potential applications in ultrafast photonics, we fabricated a passive mode locker for ytterbium-doped fibre laser by depositing few-layered MoS 2 onto the end facet of optical fiber by means of an optical trapping approach.Our laser experiment shows that few-layer MoS 2 -based mode locker allows for the generation of stable mode-locked laser pulse, centered at 1054.3 nm, with a 3-dB spectral bandwidth of 2.7 nm and a pulse duration of 800 ps.Our finding suggests that few-layered MoS 2 nanoplatelets can be useful nonlinear optical material for laser photonics devices, such as passive laser mode locker, Q-switcher, optical limiter, optical switcher and so on.

Although phosphorene has attracted much attention in electronics and optoelectronics as a new type of two‐dimensional material, in‐depth investigations and applications have been limited by the current synthesis techniques. Herein, a basic N ‐methyl‐2‐pyrrolidone (NMP) liquid exfoliation method is described to produce phosphorene with excellent water stability, controllable size and layer number, as well as in high yield. Phosphorene samples composed of one to four layers exhibit layer‐dependent Raman scattering characteristics thus providing a fast and efficient means for the in situ determination of the thickness (layer number) of phosphorene. The linear and nonlinear ultrafast absorption behavior of the as‐exfoliated phosphorene is investigated systematically by UV–vis–NIR absorption and Z‐scan measurements. By taking advantage of their unique nonlinear absorption, ultrashort pulse generation applicable to optical saturable absorbers is demonstrated. In addition to a unique fabrication technique, our work also reveals the large potential of phosphorene in ultrafast photonics.

Black phosphorus (BP), an emerging narrow direct band-gap two-dimensional (2D) layered material that can fill the gap between the semi-metallic graphene and the wide-bandgap transition metal dichalcogenides (TMDs), had been experimentally found to exhibit the saturation of optical absorption if under strong light illumination. By taking advantage of this saturable absorption property, we could fabricate a new type of optical saturable absorber (SA) based on mechanically exfoliated BPs, and further demonstrate the applications for ultra-fast laser photonics. Based on the balanced synchronous twin-detector measurement method, we have characterized the saturable absorption property of the fabricated BP-SAs at the telecommunication band. By incorporating the BP-based SAs device into the all-fiber Erbium-doped fiber laser cavities, we are able to obtain either the passive Q-switching (with maximum pulse energy of 94.3 nJ) or the passive mode-locking operation (with pulse duration down to 946 fs). Our results show that BP could also be developed as an effective SA for pulsed fiber or solid-state lasers.

2D black phosphorus (BP) nanomaterials are presented as a delivery platform. The endocytosis pathways and biological activities of PEGylated BP nanosheets in cancer cells are revealed for the first time. Finally, a triple-response combined therapy strategy is achieved by PEGylated BP nanosheets, showing a promising and enhanced antitumor effect. 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. 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.

Graphene-based materials are promising electrodes for supercapacitors, owing to their unique two-dimensional structure, high surface area, remarkable chemical stability, and electrical conductivity. In this paper, graphene is explored as a platform for energy storage devices by decorating graphenes with flower-like MnO2 nanostructures fabricated by electrodeposition. The as-prepared graphene and MnO2, which were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), have been assembled into an asymmetric supercapacitor. The specific capacitance of the graphene electrode reached 245 F/g at a charging current of 1 mA after an electro-activation process. This value is more than 60% larger than the one before electro-activation. The MnO2 nano-flowers which consisted of tiny rods with a thickness of less than 10 nm were coated onto the graphene electrodes by electrodeposition. The specific capacitance after the MnO2 deposition is 328 F/g at the charging current of 1 mA with an energy density of 11.4 Wh/kg and 25.8 kW/kg of power density. This work suggests that our graphene-based electrodes are a promising candidate for the high-performance energy storage devices.

Significance Precision delivery of cancer drugs to tumor site is crucial for improving therapeutic efficacy and minimizing adverse effects. Despite tremendous efforts, current drug delivery systems remain an unmet clinical need for cancer therapy. Herein, we propose a unique concept of applying external light to control drug delivery in cancer tissues. In preclinical cancer models, we demonstrate that the near-infrared light-induced decomposition of black phosphorus hydrogel accurately releases drugs in tumor tissues to eradicate subcutaneous breast and melanoma cancers without causing any adverse effects. We believe that our therapeutic system can be used for effective treatment of most cancer types. Our findings may likely bring about a paradigm shift in clinical treatment of cancer and millions of cancer patients will benefit from our findings.

Transition-metal dichalcogenides like molybdenum disulphide have attracted great interest as two-dimensional materials beyond graphene due to their unique electronic and optical properties. Solution-phase processes can be a viable method for producing printable single-layer chalcogenides. Molybdenum disulphide can be exfoliated into monolayer flakes using organolithium reduction chemistry; unfortunately, the method is hampered by low yield, submicron flake size and long lithiation time. Here we report a high-yield exfoliation process using lithium, potassium and sodium naphthalenide where an intermediate ternary Li(x)MX(n) crystalline phase (X=selenium, sulphur, and so on) is produced. Using a two-step expansion and intercalation method, we produce high-quality single-layer molybdenum disulphide sheets with unprecedentedly large flake size, that is up to 400 μm(2). Single-layer dichalcogenide inks prepared by this method may be directly inkjet-printed on a wide range of substrates.