We report a controllable wet method for effective decoration of 2-dimensional (2D) molybdenum disulfide (MoS2) layers with Au nanoparticles (NPs). Au NPs can be selectively formed on the edge sites or defective sites of MoS2 layers. The Au-MoS2 nano-composites are formed by non-covalent bond. The size distribution, morphology and density of the metal nanoparticles can be tuned by changing the defect density in MoS2 layers. Field effect transistors were directly fabricated by placing ion gel gate dielectrics on Au-decorated MoS2 layers without the need to transfer these MoS2 layers to SiO2/Si substrates for bottom gate devices. The ion gel method allows probing the intrinsic electrical properties of the as-grown and Au-decorated MoS2 layers. This study shows that Au NPs impose remarkable p-doping effects to the MoS2 transistors without degrading their electrical characteristics.

Zinc oxide (ZnO) films were synthesized by thermal oxidation of metallic zinc films in air. The influence of annealing temperatures ranging from 320 to 1000 °C on the structural and optical properties of ZnO films is investigated systematically using x-ray diffraction and room temperature photoluminescence (PL). The films show a polycrystalline hexagonal wurtzite structure without preferred orientation. Room temperature PL spectra of the ZnO films display two emission bands, predominant excitonic ultraviolet (UV) emission and weak deep level visible emission. It is observed that the ZnO film annealed at 410 °C exhibits the strongest UV emission intensity and narrowest full width at half maximum (81 meV) among the temperature ranges studied. The excellent UV emission from the film annealed at 410 °C is attributed to the good crystalline quality of the ZnO film and the low rate of formation of intrinsic defects at such low temperature. The visible emission consists of two components in the green and yellow range, and they show different temperature dependent behavior from UV emission. Their possible origins are discussed.

Development of technologies for water desalination and purification is critical to meet the global challenges of insufficient water supply and inadequate sanitation, especially for point-of-use applications. Conventional desalination methods are energy and operationally intensive, whereas adsorption-based techniques are simple and easy to use for point-of-use water purification, yet their capacity to remove salts is limited. Here we report that plasma-modified ultralong carbon nanotubes exhibit ultrahigh specific adsorption capacity for salt (exceeding 400% by weight) that is two orders of magnitude higher than that found in the current state-of-the-art activated carbon-based water treatment systems. We exploit this adsorption capacity in ultralong carbon nanotube-based membranes that can remove salt, as well as organic and metal contaminants. These ultralong carbon nanotube-based membranes may lead to next-generation rechargeable, point-of-use potable water purification appliances with superior desalination, disinfection and filtration properties. Absorption-based water purification technologies are simple to use but can be hindered by their low salt removal capacity. Here, the authors report ultralong carbon nanotubes modified by plasma treatment, capable of salt adsorption two orders of magnitude higher than state-of-the-art carbon-based systems.

We report the formation of a stable superhydrophobic surface via aligned carbon nanotubes (CNTs) coated with a zinc oxide (ZnO) thin film. The CNT template was synthesized by chemical vapor deposition on an Fe−N catalyst layer. The ZnO film, with a low surface energy, was deposited on the CNT template by the filtered cathodic vacuum arc technique. Contact angle measurement reveals that the surface of the ZnO-coated CNTs is superhydrophobic with water contact angle of 159°. Unlike the uncoated CNTs surface, the ZnO-coated CNTs surface shows no sign of water seepage even after a prolonged period of time. The wettability of the surface can be reversibly changed from superhydrophobicity to hydrophilicity by alternation of ultraviolet (UV) irradiation and dark storage.

Blue emission at NIR excitation: A strategy, based on energy management in nanostructured materials, is reported for photon upconversion of near-infrared light. Several optical processes can be integrated into a single nanoparticle (see picture). The effect offers upconversion emissions spanning from ultraviolet to the visible spectral region by excitation at 808 nm.

Manipulating particle size is a powerful means of creating unprecedented optical properties in metals and semiconductors. Here we report an insulator system composed of NaYbF4:Tm in which size effect can be harnessed to enhance multiphoton upconversion. Our mechanistic investigations suggest that the phenomenon stems from spatial confinement of energy migration in nanosized structures. We show that confining energy migration constitutes a general and versatile strategy to manipulating multiphoton upconversion, demonstrating an efficient five-photon upconversion emission of Tm(3+) in a stoichiometric Yb lattice without suffering from concentration quenching. The high emission intensity is unambiguously substantiated by realizing room-temperature lasing emission at around 311 nm after 980-nm pumping, recording an optical gain two orders of magnitude larger than that of a conventional Yb/Tm-based system operating at 650 nm. Our findings thus highlight the viability of realizing diode-pumped lasing in deep ultraviolet regime for various practical applications.

Hierarchical nanostructures with SnO2 backbones and ZnO branches are successfully prepared in a large scale by combining the vapor transport and deposition process (for SnO2 nanowires) and a hydrothermal growth (for ZnO). The ZnO nanorods grow epitaxially on the SnO2 nanowire side faces mainly with a four-fold symmetry. The number density and morphology of the secondary ZnO can be tailored by changing the precursor concentration, reaction time, and by adding surfactants. Photoluminescence (PL) properties are studied as a function of temperature and pumping power. Such hybrid SnO2−ZnO nanostructures show an enhanced near-band gap emission compared with the primary SnO2 nanowires. Under the optical excitation, a UV random lasing is observed which originates from the hierarchically assembled ZnO branches. These three-dimensional nanostructures may have application potentials as chemical sensors, battery electrodes, and optoelectronic devices.

A 2D system of Er-doped MoS2 layered nanosheets is developed. Structural studies indicate that the Er atoms can be substitutionally introduced into MoS2 to form stable doping. Density functional theory calculation implies that the system remains stable. Both NIR-to-NIR up-conversion and down-conversion light-emissions are observed in 2D transition metal dichalcogenides, ascribed to the energy transition from Er3+ dopants.

The precise patterning of elastic semiconductors holds encouraging prospects for unlocking functionalities and broadening the scope of optoelectronic applications. Here, perovskite films with notable elasticity capable of stretching over 250% are successfully fabricated by using a continuous-wave (CW) laser-patterning technique. Under CW laser irradiation, perovskite nanoparticles (NPs) undergo meticulous crystallization within the thermoplastic polyurethane (TPU) matrix, which yields the capability of an unparalleled stretch behavior. Furthermore, the strategic integration of β-phase poly(vinylidene fluoride) (β-PVDF) introduces a highly ordered dipolar framework, augmenting the crystallization dynamics of perovskite NPs during the laser-patterning process, thereby elevating the patterning efficiency and film quality. Furthermore, full-spectrum visible perovskite films that possess high transparency, high resolution, and adequate stability are achieved through the precise tuning of halide components, thereby emphasizing the impressive versatility of the high-elasticity printing technique. Our findings are meaningful for the direct patterning of high-precision, highly elastic semiconductors, finding a way for advancements in stretchable photonic and optoelectronic devices.