To date, there have been a plethora of reports on different means to fabricate organic-inorganic metal halide perovskite thin films; however, the inorganic starting materials have been limited to halide-based anions. Here we study the role of the anions in the perovskite solution and their influence upon perovskite crystal growth, film formation and device performance. We find that by using a non-halide lead source (lead acetate) instead of lead chloride or iodide, the perovskite crystal growth is much faster, which allows us to obtain ultrasmooth and almost pinhole-free perovskite films by a simple one-step solution coating with only a few minutes annealing. This synthesis leads to improved device performance in planar heterojunction architectures and answers a critical question as to the role of the anion and excess organic component during crystallization. Our work paves the way to tune the crystal growth kinetics by simple chemistry.

van der Waals junctions of two-dimensional materials with an atomically sharp interface open up unprecedented opportunities to design and study functional heterostructures. Semiconducting transition metal dichalcogenides have shown tremendous potential for future applications due to their unique electronic properties and strong light–matter interaction. However, many important optoelectronic applications, such as broadband photodetection, are severely hindered by their limited spectral range and reduced light absorption. Here, we present a p–g–n heterostructure formed by sandwiching graphene with a gapless band structure and wide absorption spectrum in an atomically thin p–n junction to overcome these major limitations. We have successfully demonstrated a MoS2–graphene–WSe2 heterostructure for broadband photodetection in the visible to short-wavelength infrared range at room temperature that exhibits competitive device performance, including a specific detectivity of up to 1011 Jones in the near-infrared region. Our results pave the way toward the implementation of atomically thin heterostructures for broadband and sensitive optoelectronic applications.

Advanced materials for electrocatalytic water splitting are central to renewable energy research. In this study, MoO2 nanobelts@nitrogen self-doped MoS2 nanosheets are produced by nitridation and sulfuration treatments of MoO3 nanobelts. The material structures are characterized by a variety of techniques including scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Raman scattering, X-ray photoelectron spectroscopy, and X-ray diffraction spectroscopy. It is found that because of nitrogen doping and the abundance of exposed active edges, the heterostructures exhibit high electronic conductivity, and more importantly, enhanced and stable electrocatalytic activity in hydrogen evolution reaction (HER), as manifested in electrochemical studies. The onset potential is found to be only −156 mV (vs. RHE), which is 105 mV more positive than that of pure MoS2 under identical experimental conditions. The corresponding Tafel slope is estimated to be 47.5 mV dec−1, even slightly less than that of commercial 10 wt% Pt/C (49.8 mV dec−1), suggesting that the reaction dynamics is largely determined by the electrochemical desorption of hydrogen. This is accounted for by nitrogen doping that leads to an enhanced electronic conductivity of the heterostructures as well as a high density of spinning electron states around the N and Mo atoms in MoS2 nanosheets that are the active sites for HER, as manifested in density functional theory studies of a N-doped MoS2 monolayer.

We report an atomic-scale characterization of ${\mathrm{ZrTe}}_{5}$ by using scanning tunneling microscopy. We observe a bulk band gap of $\ensuremath{\sim}80\text{ }\text{ }\mathrm{meV}$ with topological edge states at the step edge and, thus, demonstrate that ${\mathrm{ZrTe}}_{5}$ is a two-dimensional topological insulator. We also find that an applied magnetic field induces an energetic splitting of the topological edge states, which can be attributed to a strong link between the topological edge states and bulk topology. The relatively large band gap makes ${\mathrm{ZrTe}}_{5}$ a potential candidate for future fundamental studies and device applications.

We experimentally demonstrated that composites, being effective in optimizing the thermoelectric performance, can also enhance photothermoelectric effects in this work. In detail, we employed an alternating-growth in chemical-vapor-transport to grow the SnSe–SnSe2 composite crystals. The photo-responsivities of SnSe–SnSe2 (atomic-weight-ratio as 44%–56%) composite are comparable to SnSe crystals in the visible band (444 and 532 nm). However, the responsivities of SnSe–SnSe2 have remarkable 27.3% enhancement than those of SnSe crystal at the near-infrared band (1310 and 1550 nm). Supported by optical spectroscopy and theoretical electronic band structure, the enhanced optical responsivity of SnSe–SnSe2 composites is due to the formation of P–N junctions at interfaces between SnSe and SnSe2, leading to more optical transition channels and corresponding optical absorptions in near-infrared band. Our work verifies that hetero-junction formed among constituent compounds in composites is effective in optimizing the photothermoelectric response of thermoelectric materials in certain electromagnetic bands, paving the way to develop photoelectric detection devices.