Abstract Studies of the nonlinear optical phenomena that describe the light‐matter interactions in 2D crystalline materials have promoted a diverse range of photonic applications. MXene, as a recently developed new 2D material, has attracted considerable attention because of its graphene‐like but highly tunable and tailorable electronic/optical properties. In this study, we systematically characterize the nonlinear optical response of MXene Ti 3 C 2 T x nanosheets over the spectral range of 800 nm to 1800 nm. A large effective nonlinear absorption coefficient (β eff ∼‐10 −21 m 2 /V 2 ) due to saturable absorption is observed for all of the testing wavelengths. The contribution of saturable absorption is two orders of magnitude higher than other lossy nonlinear absorption processes, and the amplitude of β eff strongly depends on the light bleaching level. A negative nonlinear refractive index (n 2 ∼‐10 −20 m 2 /W) with value comparable to that of the intensively studied graphene was demonstrated for the first time. These results demonstrate the efficient broadband light signal manipulating capabilities of Ti 3 C 2 T x , which is only one member of the large MXene family. The capability of an efficient broadband optical switch is strongly confirmed using Ti 3 C 2 T x as saturable absorbers for mode‐locking operation at 1066 nm and 1555 nm, respectively. A highly stable femtosecond laser with pulse duration as short as 159 fs in the telecommunication window is readily obtained. Considering the diversity of the MXene family, this study may open a new avenue to advanced photonic devices.

Abstract Nonlayered materials are constructed with chemical covalent bonds in all three dimensions, distinct from layered materials, which contain evident structural differences in the horizontal and vertical directions. As a consequence, liquid‐phase exfoliation (LPE), a widely explored technique to obtain 2D layered nanoarchitectures, has not yet been fully characterized for the realization of 2D nonlayered nanostructures. Herein, by virtue of a typical chain‐like structure of crystalline bulk Te with strong TeTe covalent bonds in intrachains and weak Van der Waals forces in interchains, ultrathin 2D nonlayered Te nanosheets are realized by means of an LPE method. The resultant 2D Te nanosheets possess a broad lateral dimension ranging from 41.5 to 177.5 nm and a thickness ranging from 5.1 to 6.4 nm, and its photoresponse properties are evaluated using photoelectrochemical measurements. The 2D Te nanosheets exhibit excellent photoresponse behaviors from the UV to the visible regime in association with strong time and cycle stability for the on/off switching behaviors. The fabrication approach of 2D Te nanosheets would arouse interest in exfoliating other nonlayered 2D materials, which would expand the family of 2D materials.

Large‐size 2D black phosphorus (BP) nanosheets have been successfully synthesized by a facile liquid exfoliation method. The as‐prepared BP nanosheets are used to fabricate electrodes for a self‐powered photodetector and exhibit preferable photoresponse activity as well as environmental robustness. Photoelectrochemical (PEC) tests demonstrate that the current density of BP nanosheets can reach up to 265 nA cm −2 under light irradiation, while the dark current densities fluctuate near 1 nA cm −2 in 0.1 M KOH. UV–vis and Raman spectra are carried out and confirm the inherent optical and physical properties of BP nanosheets. In addition, the cycle stability measurement exhibits no detectable distinction after processing 50 and 100 cycles, while an excellent on/off behavior is still preserved even after one month. Furthermore, the PEC performance of BP nanosheets‐based photodetector is evaluated in various KOH concentrations, which demonstrates that the as‐prepared BP nanosheets may have a great potential application in self‐powered photodetector. It is anticipated that the present work can provide fundamental acknowledgement of the performance of a PEC‐type BP nanosheets‐based photodetector, offering extendable availabilities for 2D BP‐based heterostructures to construct high‐performance PEC devices.

Abstract Continuous and real‐time sensoring has received much attention in biomarker monitoring, toxicity assessment, and therapeutic agent tracking. However, its on‐site application is seriously limited by several stubborn defects including liability to fouling, signal drifting, short service life, poor repeatability, etc. Additionally, most current methods require extra sample pretreatment, delaying timely acquisition of testing results. To address these issues, MXene‐Ti 3 C 2 T x based screen‐printed electrode incorporated with a dialysis microfluidic chip is constructed for a direct and continuous multicomponent analysis of whole blood. Dual‐function of MXene is developed and allows for simultaneous quantification of different target compounds through one device. Importantly, ratiometric sensing tactic is easily implemented in the system, which greatly alleviates signal drifting. As a proof of concept, this novel sensor is applied in hemodialysis, and continuous assay of urea, uric acid, and creatinine levels in human blood is realized. This work paves a new path for 2D MXene in biomedical and sensing applications.

Abstract The band gap of few‐layered 2D material is one of the significant issues for the application of practical devices. Due to the outstanding electrical transport property and excellent photoresponse, 2D InSe has recently attracted rising attention. Herein, few‐layered InSe nanosheets with direct band gap are delivered by a facile liquid‐phase exfoliation approach. We have synthesized a photoelectrochemical (PEC)‐type few‐layered InSe photodetector that exhibits high photocurrent density, responsivity, and stable cycling ability in KOH solution under the irradiation of sunlight. The detective ability of such PEC InSe photodetector can be conveniently tuned by varying the concentration of KOH and applied potential suggesting that the present device can be a fitting candidate as an excellent photodetector. Moreover, extendable optimization of the photodetection performance on InSe nanosheets would further enhance the potential of the prepared InSe in other PEC‐type devices such as dye‐sensitized solar cells, water splitting systems, and solar tracking equipment.

Antimonene, a new type of 2D group‐VA material beyond phosphorene, is theoretically predicted to exhibit remarkable electronics and optical properties with enhanced stability. However, its more general and practical applications seriously lag behind due to a shortage of effective synthesis techniques in delivering high‐quality few‐layer antimonene (FLA) and antimonene quantum dots (AQDs), and deep understanding of the mechanism in light‐antimonene interaction. Herein, based on electrochemical exfoliation and sonochemical approaches, FLA is synthesized with an average thickness down to 31.6 nm and AQDs with an average lateral size of 3.4 nm, and the corresponding nonlinear optical response is further investigated at the visible wavelength for the first time. It is shown that antimonene possesses a giant nonlinear refractive index of ≈10 −5 cm 2 W −1 and a high stability in ambient condition for months. The experimental findings may be considered as an important step toward antimonene‐based nonlinear photonics devices (Optical Switcher, Kerr shutter, beam shaper, etc.), in which their unstable counterpart phosphorene may not compete with.

The sluggish sodium reaction kinetics, unstable Sn/Na2 O interface, and large volume expansion are major obstacles that impede practical applications of SnO2 -based electrodes for sodium-ion batteries (SIBs). Herein, we report the crafting of homogeneously confined oxygen-vacancy-containing SnO2-x nanoparticles with well-defined void space in porous carbon nanofibers (denoted SnO2-x /C composites) that address the issues noted above for advanced SIBs. Notably, SnO2-x /C composites can be readily exploited as the working electrode, without need for binders and conductive additives. In contrast to past work, SnO2-x /C composites-based SIBs show remarkable electrochemical performance, offering high reversible capacity, ultralong cyclic stability, and excellent rate capability. A discharge capacity of 565 mAh g-1 at 1 A g-1 is retained after 2000 cycles.

Two-dimensional (2D) monoelemental bismuth (Bi) crystal, one of the pnictogens (group VA), has recently attracted increasing interest because of its intriguing characteristics. Here, uniformly sized 2D Bi quantum dots (BiQDs) with an average diameter (thickness) of 4.9 ± 1.0 nm (2.6 ± 0.7 nm) were fabricated through a facile liquid-phase exfoliation (LPE) method, and the corresponding photoresponse was evaluated using photoelectrochemical (PEC) measurements. The as-fabricated BiQDs-based photodetector not only exhibits an appropriate capacity for self-driven broadband photoresponse but also shows high-performance photoresponse under low bias potentials ranging from UV to visible light in association with long-term stability of the ON/OFF switching behavior. In terms of these findings, it is further anticipated that the resultant BiQDs possess promising potential in UV–visible photodetection as well as in liquid optoelectronics. Our work may open a new avenue for delivering high-quality monoelemental pnictogen QDs from their bulk counterparts, thereby expanding interest in 2D monoelemental materials.

Abstract Graphdiyne is a new carbon allotrope comprising sp‐ and sp 2 ‐hybridized carbon atoms arranged in a 2D layered structure. In this contribution, 2D graphdiyne is demonstrated to exhibit a strong light–matter interaction with high stability to achieve a broadband Kerr nonlinear optical response, which is useful for nonreciprocal light propagation in passive photonic diodes. Furthermore, advantage of the unique Kerr nonlinearity of 2D graphdiyne is taken and a nonreciprocal light propagation device is proposed based on the novel similarity comparison method. Graphdiyne has demonstrated a large nonlinear refractive index in the order of ≈10 −5 cm 2 W −1 , comparing favorably to that of graphene. Based on the strong Kerr nonlinearity of 2D graphdiyne, a nonlinear photonic diode that breaks time‐reversal symmetry is demonstrated to realize the unidirectional excitation of Kerr nonlinearity, which can be regarded as a significant demonstration of a graphdiyne‐based prototypical application in nonlinear photonics and might suggest an important step toward versatile graphdiyne‐based advanced passive photonics devices in the future.