复旦大学高分子科学系魏大程

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魏大程，复旦大学高分子科学系研究员，入选中央组织部第五批“计划”。2003年获得浙江大学高分子科学与工程系学士学位，2009年获得中国科学院化学研究所博士学位，随后在新加坡国立大学和斯坦佛大学从事研究工作。2014年3月被聘为复旦大学高分子科学系研究员。主要从事石墨烯、碳纳米管等低维纳米材料的可控制备、物性研究以及在有机高分子电子器件中的应用。


魏大程  研究员
上海市杨浦区邯郸路220号 复旦大学高分子科学系
电话：021-65648198
邮箱：weidc@fudan.edu.cn
主页：http://www.polymer.fudan.edu.cn/polymer/research/weidc/Wei Group/Index.html


教育和工作经历
1999-2003 浙江大学高分子科学与工程系 工学学士
2003-2009 中国科学院化学研究所 理学博士
2010-2011 斯坦佛大学化学系 博士后
2009-2014 新加坡国立大学物理系 李光耀学者
2014-至今 复旦大学高分子科学系 研究员


研究兴趣
低维共轭纳米材料控制合成与应用
光电功能有机高分子材料与器件


近年代表性论文
Wei DC*, Peng L, Li ML, Mao HY, Niu TC, Chen W. Wee ATS, ACS Nano, 2015, 9: 164
Wei DC*, Xie LF, Lee KK, Hu ZB, Tan SH, Chen W, Sow CH, Chen KQ, Liu YQ*, Wee ATS*, Controllable unzipping for intramolecular junctions of graphene nanoribbons and single-walled carbon nanotubes, Nat. Commun. 2013, 4: 1374
Wei DC*, Lu YH, Han C, Niu TC, Chen W, Wee ATS*, Growth of Graphene on Dielectric Substrates at Low Temperature for Electronic Devices, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52: 14121-14126
Wei DC, Wu B, Guo YL, Yu G, Liu YQ*, Controllable chemical vapor deposition growth of few layer graphene for electronic devices, Acc. Chem. Res. 2012, 46: 106-115
Huang H#, Wei DC#, Sun JT, Wong SL, Feng YP, Neto AHC, Wee ATS* (#;contributed equally), Spatially resolved electronic structures of atomically precise armchair graphene nanoribbons, Sci. Rep. 2012, 2: 983


代表性荣誉与奖励
中组部第五批青年##计划（2013）
全国百篇优秀博士学位论文提名奖(2010)
新加坡Lee Kuan Yew Post Doctoral Fellowship（2009）
中国科学院优秀博士学位论文（2009）
中国科学院院长奖（2008）

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自然出版集团《NPJ·二维材料和应用》：魏大程课题组发现提高光电探测灵敏度的“巨光电栅效应”

近日，复旦大学高分子科学系、复旦大学聚合物分子工程国家重点实验室魏大程团队在高性能二维光电探测器件研究领域取得进展。相关研究成果以“二维范德瓦尔斯有机/二硒化钨异质界面的巨光电栅压效应”（Large Photoelectric-Gating Effect of Two-Dimensional van-der-Waals Organic/Tungsten Diselenide Heterointerface）为题在线发表于自然出版集团《NPJ·二维材料和应用》（NPJ 2D Materials and Applications, 2: 21; doi:10.1038/s41699-018-0066-2）。

二维过渡金属硫属化合物如二硫化钼(MoS2)和二硒化钨(WSe2)因强的光与物质相互作用、高载流子迁移率、带隙可调、暗电流小等优点在光电领域有很大的应用潜力。然而由于二维材料高透光率的限制，基于本征材料的光电探测器灵敏度难以进一步提升。为解决这一问题，光栅效应被认为是实现高性能光电探测的有效方法，它可通过引入光吸收材料和二维材料形成异质结构来实现。界面电荷捕获对实现光栅调控具有重要意义，但是目前仍缺乏捕获过程的有效控制，异质结界面处难以积累较多的光生载流子，从而造成普通光栅调控提升的光响应灵敏度有限。

为了解决光栅调控存在的问题，进一步提高器件响应灵敏度，魏大程团队开发了一种基于新原理（即“巨光电栅调控”）的光电探测器件。他们通过气相沉积的方法在表面外延生长一种有机层，制备出二维有机/ WSe2异质结，发现该结构存在一种基于光栅与电栅协同作用的“巨光电栅压效应”。异质结界面处具有载流子单向注入的势垒，电栅可调控势垒高度，从而显著增强界面对电荷的捕获能力，实现比普通光栅效应更高的光响应灵敏度。光响应灵敏度达到3.6×106 A/W，远高于现有的二维异质结构光电探测器，比如PbS/WSe2 (2×105 A/W), PPh3/WSe2 (6.67×105 A/W), 石墨烯/WSe2/石墨烯 (0.01 A/W), MoS2/WSe2 (0.12 A/W), MoTe2 p-n 结 (5×10−3 A/W)等。文中还发现外延生长中足够浓度的气相有机分子有利于形成理想的二维范德瓦耳斯界面，是获得“巨光电栅效应”是关键因素之一。

此外，基于“巨光电栅效应”，课题组开发了一种新型的光电探测器件，即电栅开关光电探测器。这种器件可以通过栅极电压打开或关闭光电探测器，同时通过栅极电压还可以调节响应电流的大小。总之，“巨光电栅效应”是一种设计光电探测器的新策略，不仅可以用于高性能光电探测器件，而且在新型光电器件研发领域也表现出巨大潜力。

以上相关成果发表在NPJ 2D Materials and Applications上，复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室为第一单位，高分子科学系硕士生蔡智为第一作者，魏大程为通讯作者。

图a. 器件示意图和光照下光生载流子的捕获过程；图b. 光照下WSe2（左图）、普通光栅作用下异质结（中间）和“巨光电栅效应”作用下异质结（右图）的能带结构示意图；图c, “巨光电栅效应”作用下器件性能和文献报道数据的对比； 图d. 电栅开关光电探测器在不同栅压下的光电流响应。

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随着二维材料的兴起，机械剥离、溶液剥离、化学气相沉积(CVD)等制备方法得到了极大发展。其中，机械剥离法只能得到小尺寸且形状随机的薄层材料，溶液剥离法容易引入各种杂质，CVD法最有望用于低成本批量制备二维材料。然而，在实际应用中，CVD法面临操作温度高(1000℃左右)、需要使用金属催化剂、转移过程容易引入污染和缺陷等问题。
       等离子体增强CVD（PECVD）技术借助微波或射频等离子体，使前驱体分子裂解，产生活性自由基、带电离子等，并在低温下沉积，实现无催化原位制备薄膜和纳米材料，被广泛应用于半导体工业中。此前，魏大程课题组对二维材料的PECVD生长规律开展了系统研究，揭示了材料生长中存在刻蚀、成核与沉积之间的竞争关系，制备得到了不同形态和性能的二维电学材料，包括本征或氮掺杂石墨烯晶体、石墨烯量子点、石墨烯纳米墙、六方氮化硼(h-BN)、硼碳氮三元材料(BCxN)等。此外，还利用等离子体化学反应对二维电学材进行了可控修饰，实现了电学性能的调控。

PECVD法制备所得纳米材料及其应用展示

       本文先对课题组利用PECVD法制备二维材料的研究进展进行了评述，并讨论了该方法的优点，包括低温、无转移、与半导体工艺兼容性好，可直接在非催化基底上制备具有原子级表面清洁度的材料。同时，讨论了PECVD法所得二维材料在不 同领域的应用。比如，所得的石墨烯可直接应用于高迁移率场效应晶体管；所得的共形h-BN可用于改善场效应晶体管的界面散热，提高器件功率密度；所得的材料具有高洁净表界面，在光电探测器、压力传感器、生化传感器、电子皮肤、拉曼增强衬底等方面有潜在应用前景。最后，作者讨论了PECVD技术在未来应用中所面临的机遇和挑战。
       该综述论文于2021年2月3日发表于《Accounts of Chemical Research》。复旦大学高分子科学系和聚合物分子工程国家重点实验室为第一单位。魏大程课题组硕士研究生易孔阳为论文第一作者，通讯作者为复旦大学高分子科学系魏大程研究员，中国科学院重庆绿色智能技术研究院魏大鹏研究员和复旦大学材料科学系刘云圻院士。论文详见： Kongyang Yi, Donghua Liu, Xiaosong Chen, Jun Yang, Dapeng Wei,* Yunqi Liu,* and Dacheng Wei*, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition of Two-Dimensional Materials for Applications, Accounts of Chemical Research 2021 54 (4), 1011-1022
        论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.0c00757

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2022年4月12日，复旦大学魏大程团队在Chemical Reviews（影响因子60.622）上在线发表题为“二维场效应晶体管传感器：通往商用化之路（Two-Dimensional Field-Effect Transistor Sensors: The Road toward Commercialization）”的综述论文，总结了二维场效应晶体管传感器的理论和实验进展，并评述了其在商业化进程中遇到的技术挑战及应对策略。复旦大学聚合物分子工程国家重点实验室和高分子科学系为论文第一、第二单位，高分子科学系博士生戴长昊为第一作者，高分子科学系魏大程研究员和材料科学系刘云圻院士为通讯作者。

        复旦大学魏大程团队长期从事新型场效应晶体管（FET）材料、器件以及在光电、化学、生物传感领域的应用。FET传感技术是通过半导体沟道及界面附近外界刺激产生的电信号变化以实现检测应用，具有高灵敏度、免标记、响应快、低成本等优点。当前FET传感器中采用的三维敏感材料比表面积低、探针分子负载量小，难以实现高效信号转化。相比之下，二维敏感材料展现出独特的低维特性如高比表面积、高信号传导效率，可以有效提升FET传感器的检测性能。本文评述了二维FET传感器的研究进展和发展方向：1.概述了二维材料的物化性质，总结了二维FET传感器的功能界面构建手段以及作用机制；2.总结了二维FET传感器在物理、化学和生物检测领域的应用，并对核酸检测、病毒识别、光探测、离子识别等领域的应用进行了深入分析和总结；3.针对二维FET传感器商业化过程中面临的问题，针对性地提出技术解决方案；4.综述了基于二维FET传感器所制备的工程样机，并评述了它们在人工视觉、可穿戴设备、数字成像等领域的研究进展。
       该论文有助于研究者深入理解二维FET传感界面设计、传感器工程样机与应用中面临的挑战和应对策略，有效促进二维FET传感器这一新兴技术在各个领域的探索和实际应用。


       论文信息：
       Two-Dimensional Field-Effect Transistor Sensors: The Road toward Commercialization
       Changhao Dai, Yunqi Liu*, and Dacheng Wei*
       Chem. Rev. 2022,DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00924


        课题组主页：
        www.weigroupfudan.com