Tunable colors from responsive 2D materials

Abstract

One of the long-sought-after goals in responsive material development is to generate and tune colors for advanced and emerging applications such as dynamic displays, light-emitting diodes, lasers, smart windows, chromic fabrics, high-security encryption, and visual sensors. Benefiting from the atomically thin nature as well as strong optical interaction, two-dimensional (2D) materials can serve as color-generating centers for both chemical pigment colors and physical interference colors in solution, gels, films, and matrix interface systems, to offer new promises for color science and applications. Concerning color tunability, 2D material systems have been demonstrated as one of the ideal responsive materials to achieve the desired goals, including the change of composition, layer thickness, strain, magic angle, and thermally/photically/chemically responsive, magnetically-responsive, electrically-responsive, mechanically-responsive. This makes it an attractive prospect for device applications such as optoelectronics, displays, and nanomedicine. However, to the best of our knowledge, no comprehensive review has been reported specifically on color-centered aspects of 2D materials. In this review, we highlight experimental approaches and related applications for tuning pigment colors, reflective structural colors, and transmissive interference colors, and we refine the challenges and propose opportunities in future studies for the further development of color science in the 2D material system. Eventually, it is anticipated that this review will serve as a resource and source of inspiration for scientists, as well as open up new avenues for the advancement of color science and related fields in responsive 2D material systems.

Keywords

chemical pigment colors / liquid crystal / physical interference colors / responsive 2D materials / tunable colors

References

[1] M. Afroz Toma, M. H. Rahman, M. S. Rahman, M. Arif, K. H. M. N. H. Nazir, L. Dufossé, J. Fungi 2023, 9, 454.

[2] C. Innes C, A. William L, A. Kevin, C. Barbara, C. George, H. Mark E, Science 2017, 357, 470.

[3] B. Datta, E. F. Spero, F. J Martin-Martinez, C. Ortiz, Adv. Mater. 2022, 34, 2100939.

[4] J. Maule, A. E. Skelton, A. Franklin, Annu. Rev. Psychol. 2023, 74, 87.

[5] S. Groom, S. Sathyendranath, Y. Ban, S. Bernard, R. Brewin, V. Brotas, C. Brockmann, P. Chauhan, J.-K. Choi, A. Chuprin, S. Ciavatta, P. Cipollini, C. Donlon, B. Franz, X. He, T. Hirata, T. Jackson, M. Kampel, H. Krasemann, S. Lavender, S. Pardo-Martinez, F. Mélin, T. Platt, R. Santoleri, J. Skakala, B. Schaeffer, M. Smith, F. Steinmetz, A. Valente, M. Wang, Front. Mar. Sci. 2019, 6, 485.

[6] G. Lee, M. Kong, D. Park, J. Park, U. Jeong, Adv. Mater. 2020, 32, 1907477.

[7] B. F. Ding, Y. Yao, C. Q. Wu, X. Y. Hou, W. C. H. Choy, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 20295.

[8] A. J. Elliot, M. A. Maier, Annu. Rev. Psychol. 2014, 65, 95.

[9] X. Xie, J. Cai, H. Fang, X. Tang, T. Yamanaka, Front. Psychol. 2022, 13, 938636.

[10] X. Cao, Y. Du, Y. Guo, G. Hu, M. Zhang, L. Wang, J. Zhou, Q. Gao, P. Fischer, J. Wang, S. Stavrakis, A. deMello, Adv. Mater. 2022, 34, 2109161.

[11] G. Isapour, M. Lattuada, Adv. Mater. 2018, 30, 1707069.

[12] K. J. Holmes, T. Regier, Cogn. Sci. 2016, 41, 1135.

[13] R. W. Pridmore, Color Res. Appl. 2011, 36, 394.

[14] K. Jeykishan Kumar, G. Bharath Kumar, R. Sudhir Kumar, J. Opt. 2020, 49, 476.

[15] Y. Zhang, I. Motoyoshi, Sci. Rep. 2023, 13, 6300.

[16] S. Wang, M. Yao, J. Liu, Y. Jiang, W. Jiang, Color Res. Appl. 2022, 47, 1242.

[17] M. Codispoti, A. De Cesarei, V. Ferrari, Psychophysiology 2011, 49, 11.

[18] W. Liang, L. Weitao, Y. Luqiao, L. Yijian, G. Huazhang, L. Jiawei, H. Yu, L. Gao, L. Ming, Z. Jianhua, V. Robert, A. Pulickel M, W. Minghong, Sci. Adv. 2020, 6, eabb6772.

[19] L. Cruz, N. Basílio, N. Mateus, V. de Freitas, F. Pina, Chem. Rev. 2021, 122, 1416.

[20] M. T. Richers, S. Passlick, H. Agarwal, G. C. R. Ellis-Davies, Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 12086.

[21] M. Gsänger, D. Bialas, L. Huang, M. Stolte, F. Würthner, Adv. Mater. 2016, 28, 3615.

[22] H. Xu, J. Wang, T. Xuan, C. Lv, J. Hou, L. Zhang, Y. Dong, J. Shi, Chem. Eng. J. 2019, 364, 20.

[23] A. G. Dumanli, T. Savin, Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 6698.

[24] B. Ding, Q. Song, K. Alameh, Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 203302.

[25] H. Xu, L. Wang, D. Qu, Z. Si, J. Shi, RSC Adv. 2017, 7, 41282.

[26] H. Xu, L. Wang, M. Li, W. Ran, Z. Deng, R. Houzong, J. Shi, Phys. Status Solidi A 2017, 214, 1700013.

[27] G. Zhu, Z. Liu, H. K. Bisoyi, Q. Qi, X. Liu, Q. Li, Adv. Opt. Mater. 2023, 11, 2301627.

[28] H. Xu, L. Wang, L. Tan, D. Wang, C. Wang, J. Shi, J. Am. Ceram. Soc. 2018, 101, 3414.

[29] X. Li, M. Haghshenas, L. Wang, J. Huang, E. Sheibani, S. Yuan, X. Luo, X. Chen, C. Wei, H. Xiang, G. Baryshnikov, L. Sun, H. Zeng, B. Xu, ACS Energy Lett. 2023, 8, 1445.

[30] M. Sarma, L.-M. Chen, Y.-S. Chen, K.-T. Wong, Mater. Sci. Eng. R 2022, 150, 100689.

[31] Z. Liu, L. Sinatra, M. Lutfullin, Y. P. Ivanov, G. Divitini, L. De Trizio, L. Manna, Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2201948.

[32] H. Xu, L. Wang, Y. Shi, F. Zhang, H. Zhang, H. Zhang, J. Shi, Mater. Res. Bull. 2018, 102, 8.

[33] H. Xu, L. Wang, C. Lv, F. Li, Q. Wang, Q. Li, J. Shi, Mater. Res. Bull. 2019, 110, 112.

[34] Y. El Mouedden, B. Ding, Q. Song, G. Li, H. Nguyen, K. Alameh, J. Appl. Phys. 2015, 118, 015502.

[35] F. Chen, Y. Huang, R. Li, S. Zhang, B. Wang, W. Zhang, X. Wu, Q. Jiang, F. Wang, R. Zhang, Chem. Commun. 2021, 57, 13448.

[36] Z. Xuan, J. Li, Q. Liu, F. Yi, S. Wang, W. Lu, Innovation-Amsterdam 2021, 2, 100081.

[37] M. Qin, M. Sun, R. Bai, Y. Mao, X. Qian, D. Sikka, Y. Zhao, H. J. Qi, Z. Suo, X. He, Adv. Mater. 2018, 30, 1800468.

[38] G. Li, M. Leng, S. Wang, Y. Ke, W. Luo, H. Ma, J. Guan, Y. Long, Mater. Today 2023, 69, 133.

[39] C. W. Moon, J.-e. Park, M. Park, Y. Kim, K. Narasimha, J. K. Hyun, S.-J. Park, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 13, 1555.

[40] M. D. Thum, J. Kołacz, D. C. Ratchford, G. Camarella, W. Maza, J. G. Lundin, Adv. Opt. Mater. 2022, 10, 2200192.

[41] J. Jeon, D. Bukharina, M. Kim, S. Kang, J. Kim, Y. Zhang, V. Tsukruk, Responsive Mater. 2024, 2, e20230032.

[42] R. Gutzler, M. Garg, C. R. Ast, K. Kuhnke, K. Kern, Nat. Rev. Phys. 2021, 3, 441.

[43] J. Lu, J. Yang, A. Carvalho, H. Liu, Y. Lu, C. H. Sow, Acc. Chem. Res. 2016, 49, 1806.

[44] L. Pierre-Francois, T. Vikas, Nature 2018, 561, 314.

[45] F. P. García de Arquer, D. V. Talapin, V. I. Klimov, Y. Arakawa, M. Bayer, E. H. Sargent, Science 2021, 373, 640.

[46] H. Xu, H. S. Han, J. S. Hur, M. J. Kim, C. H. Choi, T. Kim, J.-H. Chang, J. K. Jeong, J. Mater. Chem. C 2023, 11, 1569.

[47] Z. Cai, Z. Li, S. Ravaine, M. He, Y. Song, Y. Yin, H. Zheng, J. Teng, A. Zhang, Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 5898.

[48] H.-E. Lee, H.-Y. Ahn, J. Mun, Y. Y. Lee, M. Kim, N. H. Cho, K. Chang, W. S. Kim, J. Rho, K. T. Nam, Nature 2018, 556, 360.

[49] Z. Li, J. Jin, F. Yang, N. Song, Y. Yin, Nat. Commun. 2020, 11, 2883.

[50] Y. Fu, S. Poddar, B. Ren, Y. Xie, Q. Zhang, D. Zhang, B. Cao, Y. Tang, Y. Ding, X. Qiu, L. Shu, J.-F. Liao, D.-B. Kuang, Z. Fan, ACS Nano 2022, 16, 8388.

[51] J. Bañuelos, Chem. Rec. 2016, 16, 335.

[52] M. G. Boebinger, C. Brea, L. P. Ding, S. Misra, O. Olunloyo, Y. Yu, K. Xiao, A. R. Lupini, F. Ding, G. Hu, P. Ganesh, S. Jesse, R. R. Unocic, Adv. Mater. 2023, 35, 2210116.

[53] B. T. Diroll, B. Guzelturk, H. Po, C. Dabard, N. Fu, L. Makke, E. Lhuillier, S. Ithurria, Chem. Rev. 2023, 123, 3543.

[54] H. Xu, T. Kim, H. Han, M. J. Kim, J. S. Hur, C. H. Choi, J.-H. Chang, J. K. Jeong, ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 3008.

[55] M. Cai, Y. Wei, Y. Li, X. Li, S. Wang, G. Shao, P. Zhang, EcoEnergy 2023, 1, 248.

[56] K. Novoselov, A. Geim, S. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. Dubonos, I. Grigorieva, A. Firsov, Science 2004, 306, 666.

[57] P. Miró, M. Audiffred, T. Heine, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 6537.

[58] T. Zhao, J. Guo, T. Li, Z. Wang, M. Peng, F. Zhong, Y. Chen, Y. Yu, T. Xu, R. Xie, P. Gao, X. Wang, W. Hu, Chem. Soc. Rev. 2023, 52, 1650.

[59] D. Wang, C. Zhou, A. S. Filatov, W. Cho, F. Lagunas, M. Wang, S. Vaikuntanathan, C. Liu, R. F. Klie, D. V. Talapin, Science 2023, 379, 1242.

[60] H. Kim, Y. Liu, K. Lu, C. S. Chang, D. Sung, M. Akl, K. Qiao, K. S. Kim, B.-I. Park, M. Zhu, J. M. Suh, J. Kim, J. Jeong, Y. Baek, Y. J. Ji, S. Kang, S. Lee, N. M. Han, C. Kim, C. Choi, X. Zhang, H.-K. Choi, Y. Zhang, H. Wang, L. Kong, N. N. Afeefah, M. N. M. Ansari, J. Park, K. Lee, G. Y. Yeom, S. Kim, J. Hwang, J. Kong, S.-H. Bae, Y. Shi, S. Hong, W. Kong, J. Kim, Nat. Nanotechnol. 2023, 18, 464.

[61] L. Tan, C. Nie, Z. Ao, H. Sun, T. An, S. Wang, J. Mater. Chem. A 2021, 9, 17.

[62] R. S. Koster, C. Fang, A. van Blaaderen, M. Dijkstra, M. A. van Huis, Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 22021.

[63] L. Zhang, Y. Zhou, M. Jia, Y. He, W. Hu, Q. Liu, J. Li, X. Xu, C. Wang, A. Carlsson, S. Lazar, A. Meingast, Y. Ma, J. Xu, W. Wen, Z. Liu, J. Cheng, H. Deng, Matter 2020, 2, 1049.

[64] D. Zhao, D. Gao, X. Wu, B. Li, S. Zhang, Z. Li, Q. Wang, Z. Wu, C. Zhang, W. C. H. Choy, X. Zhong, Q. He, Z. Zhu, Adv. Mater. 2022, 34, 202204661.

[65] X. Xiang, Y. Zhu, C. Gao, H. Du, C. Guo, Carbon Lett. 2021, 32, 557.

[66] N. Kim, E. M. Turner, Y. Kim, S. Ida, H. Hagiwara, T. Ishihara, E. Ertekin, J. Phys. Chem. C 2017, 121, 19201.

[67] Q. H. Wang, K. Kalantar-Zadeh, A. Kis, J. N. Coleman, M. S. Strano, Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 699.

[68] P. Kumbhakar, C. Chowde Gowda, P. L. Mahapatra, M. Mukherjee, K. D. Malviya, M. Chaker, A. Chandra, B. Lahiri, P. M. Ajayan, D. Jariwala, A. Singh, C. S. Tiwary, Mater. Today 2021, 45, 142.

[69] S. Manzeli, D. Ovchinnikov, D. Pasquier, O. V. Yazyev, A. Kis, Nat. Rev. Mater. 2017, 2, 17033.

[70] S. Moon, J. Kim, J. Park, S. Im, J. Kim, I. Hwang, J. K. Kim, Adv. Mater. 2022, 35, 2204161.

[71] Y. Sun, Y. Yin, M. Pols, J. X. Zhong, Z. Huang, B. W. Liu, J. Q. Liu, W. Wang, H. G. Xie, G. X. Zhan, Z. S. Zhou, W. Zhang, P. C. Wang, C. Y. Zha, X. H. Jiang, Y. J. Ruan, C. Zhu, G. Brocks, X. Y. Wang, L. Wang, J. P. Wang, S. X. Tao, W. Huang, Adv. Mater. 2020, 32, 2002392.

[72] J. Zhang, X. Song, L. Wang, W. Huang, Natl. Sci. Rev. 2022, 9, 129.

[73] L. Yang, D. Wang, M. Liu, H. Liu, J. Tan, Z. Wang, H. Zhou, Q. Yu, J. Wang, J. Lin, X. Zou, L. Qiu, H.-M. Cheng, B. Liu, Mater. Today 2021, 51, 145.

[74] S. Kang, D. Lee, J. Kim, A. Capasso, H. S. Kang, J.-W. Park, C.-H. Lee, G.-H. Lee, 2D Mater. 2020, 7, 022003.

[75] Y. Wang, F. Li, Y. Li, Z. Chen, Nat. Commun. 2016, 7, 11488.

[76] M. Luo, Z. Zhao, Y. Zhang, Y. Sun, Y. Xing, F. Lv, Y. Yang, X. Zhang, S. Hwang, Y. Qin, J.-Y. Ma, F. Lin, D. Su, G. Lu, S. Guo, Nature 2019, 574, 81.

[77] J. He, C. Wang, B. Zhou, Y. Zhao, L. Tao, H. Zhang, Mater. Horiz. 2020, 7, 2903.

[78] W. Li, Y. Zeng, Z. Zhao, B. Zhang, J. Xu, X. Huang, Y. Hou, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 50591.

[79] X.-G. Gao, X.-K. Li, W. Xin, X.-D. Chen, Z.-B. Liu, J.-G. Tian, Nanophotonics-Berlin 2020, 9, 1717.

[80] E. M. Alexeev, D. A Ruiz-Tijerina, M. Danovich, M. J. Hamer, D. J. Terry, P. K. Nayak, S. Ahn, S. Pak, J. Lee, J. I. Sohn, M. R. Molas, M. Koperski, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. S. Novoselov, R. V. Gorbachev, H. S. Shin, V. I. Fal’ko, A. I. Tartakovskii, Nature 2019, 567, 81.

[81] K.-Q. Lin, P. E. Faria Junior, J. M. Bauer, B. Peng, B. Monserrat, M. Gmitra, J. Fabian, S. Bange, J. M. Lupton, Nat. Commun. 2021, 12, 1553.

[82] J. Yang, R. Xu, J. Pei, Y. W. Myint, F. Wang, Z. Wang, S. Zhang, Z. Yu, Y. Lu, Light: Sci. Appl. 2015, 4, e312.

[83] H. Yeung Yu, L. Xiaofei, J. Wenjing, C. Ngai Yui, H. Jianhua, H. Yu-Te, L. Lain-Jong, G. Wanlin, L. Shu Ping, ACS Nano 2013, 7, 7126.

[84] X. Duan, C. Wang, Z. Fan, G. Hao, L. Kou, U. Halim, H. Li, X. Wu, Y. Wang, J. Jiang, A. Pan, Y. Huang, R. Yu, X. Duan, Nano Lett. 2015, 16, 264.

[85] S. Yu, J. Xu, X. Shang, E. Ma, F. Lin, W. Zheng, D. Tu, R. Li, X. Chen, Adv. Sci. 2021, 8, 2100084.

[86] J. Peng, J. Wu, X. Li, Y. Zhou, Z. Yu, Y. Guo, J. Wu, Y. Lin, Z. Li, X. Wu, C. Wu, Y. Xie, J. Am. Ceram. Soc. 2017, 139, 9019.

[87] J. Kim, K.-W. Kim, B. Kim, C.-J. Kang, D. Shin, S.-H. Lee, B.-C. Min, N. Park, Nano Lett. 2019, 20, 929.

[88] T. Zhang, Y. Wang, H. Li, F. Zhong, J. Shi, M. Wu, Z. Sun, W. Shen, B. Wei, W. Hu, X. Liu, L. Huang, C. Hu, Z. Wang, C. Jiang, S. Yang, Q.-m. Zhang, Z. Qu, ACS Nano 2019, 13, 11353.

[89] H. Yang, H. Jussila, A. Autere, H.-P. Komsa, G. Ye, X. Chen, T. Hasan, Z. Sun, ACS Photonics 2017, 4, 3023.

[90] S. Ahmed, X. Jiang, C. Wang, U. E. Kalsoom, B. Wang, J. Khan, Y. Muhammad, Y. Duan, H. Zhu, X. Ren, H. Zhang, Adv. Opt. Mater. 2021, 9, 2001671.

[91] F. J. García de Abajo, ACS Photonics 2017, 4, 2959.

[92] S. Gupta, S. N. Shirodkar, A. Kutana, B. I. Yakobson, ACS Nano 2018, 12, 10880.

[93] S. H. Hong, J. K. Song, Small 2017, 13, 1603125.

[94] T. Lan, B. Ding, Z. Huang, F. Bian, Y. Pan, H.-M. Cheng, B. Liu, J. Am. Ceram. Soc. 2021, 143, 12886.

[95] B. Ding, P. Zeng, Z. Huang, L. Dai, T. Lan, H. Xu, Y. Pan, Y. Luo, Q. Yu, H.-M. Cheng, B. Liu, Nat. Commun. 2022, 13, 1212.

[96] Z. Wang, X. Jia, P. Zhang, Y. Liu, H. Qi, P. Zhang, U. Kaiser, S. Reineke, R. Dong, X. Feng, Adv. Mater. 2021, 34, 2106073.

[97] M. M. Atta, Q. Zhang, FlatChem 2023, 42, 100562.

[98] P. D. Cunningham, J. B. Souza, I. Fedin, C. She, B. Lee, D. V. Talapin, ACS Nano 2016, 10, 5769.

[99] R. Scott, J. Heckmann, A. V. Prudnikau, A. Antanovich, A. Mikhailov, N. Owschimikow, M. Artemyev, J. I. Climente, U. Woggon, N. B. Grosse, A. W. Achtstein, Nat. Nanotechnol. 2017, 12, 1155.

[100] O. Kunihiko, T. Osamu, S. Atsushi, I. Tomiki, J. Am. Ceram. Soc. 2006, 128, 15368.

[101] Y. Gao, D. Sun, J. Chen, K. Xi, X. Da, H. Guo, D. Zhang, T. Gao, T. Lu, G. Gao, L. Shi, S. Ding, Small 2022, 18, 2204140.

[102] Q. Liu, A. W. Frazier, X. Zhao, J. A. De La Cruz, A. J. Hess, R. Yang, I. I. Smalyukh, Nano Energy 2018, 48, 266.

[103] S. Bae, Y. W. Noh, D.-S. Park, M. H. Song, S.-W. Choi, Nano Energy 2022, 93, 106801.

[104] S. Pagidi, R. Manda, S. S. Bhattacharyya, K. J. Cho, T. H. Kim, Y. J. Lim, S. H. Lee, Composites, Part B 2019, 164, 675.

[105] B. Ding, W. Kuang, Y. Pan, I. V. Grigorieva, A. K. Geim, B. Liu, H.-M. Cheng, Nat. Commun. 2020, 11, 3725.

[106] Y. Xu, B. Ding, Z. Huang, L. Dai, P. Liu, B. Li, W. Cai, H.-M. Cheng, B. Liu, Light: Sci. Appl. 2023, 12, 2047.

[107] Z. Huang, T. Lan, L. Dai, X. Zhao, Z. Wang, Z. Zhang, B. Li, J. Li, J. Liu, B. Ding, A. K. Geim, H. M. Cheng, B. Liu, Adv. Mater. 2022, 34, 2110464.

[108] C. Qian, T. Higashigaki, T.-A. Asoh, H. Uyama, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 27518.

[109] H. Chen, X. Zhang, L. Shang, Z. Su, Adv. Sci. 2022, 9, 2202173.

[110] A. Jagiełło, Q. Hu, U. Castillo, E. Botvinick, Acta Biomater. 2022, 141, 39.

[111] X. Lin, D. Shi, G. Yi, D. Yu, Responsive Mater. 2024, 2, e20230031.

[112] A. Harvey, C. Backes, J. B. Boland, X. He, A. Griffin, B. Szydlowska, C. Gabbett, J. F. Donegan, J. N. Coleman, Nat. Commun. 2018, 9, 4553.

[113] K. M. Forlano, C. R. Roy, W. Mihalyi-Koch, T. Hossain, K. Sanders, I. Guzei, K. R. Graham, J. C. Wright, S. Jin, ACS Mater. Lett. 2023, 5, 2913.

[114] Y. Huang, L. Li, Y.-H. Lin, C.-W. Nan, J. Phys. Chem. C 2017, 121, 17530.

[115] X. Niu, Y. Yi, L. Meng, H. Shu, Y. Pu, X. A. Li, J. Phys. Chem. C 2019, 123, 25775.

[116] C. W. Hsu, T. Miyano, K. Awaya, M. Tsushida, K. Hatakeyama, M. Koinuma, S. Ida, Small 2023, 19, 2206552.

[117] X. M. Cui, F. Qin, Q. F. Ruan, X. L. Zhuo, J. F. Wang, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705516.

[118] A. Elbanna, H. Jiang, Q. D. Fu, J. F. Zhu, Y. D. Liu, M. Zhao, D. J. Liu, S. Lai, X. W. Chua, J. S. Pan, Z. X. Shen, L. Wu, Z. Liu, C. W. Qiu, J. H. Teng, ACS Nano 2023, 17, 4134.

[119] Y. Fan, N.-H. Shen, F. Zhang, Q. Zhao, H. Wu, Q. Fu, Z. Wei, H. Li, C. M. Soukoulis, Adv. Opt. Mater. 2019, 7, 1800537.

[120] D. B. Velusamy, J. K El-Demellawi, A. M. El-Zohry, A. Giugni, S. Lopatin, M. N. Hedhili, A. E. Mansour, E. Di Fabrizio, O. F. Mohammed, H. N. Alshareef, Adv. Mater. 2019, 31, 1807658.

[121] W. Liu, Q. Xu, W. Cui, C. Zhu, Y. Qi, Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 1600.

[122] X. Wen, W. Wang, X. Zhang, H. Chen, S. Jia, Y. Gong, W. Chen, Y. Wang, H. Zhu, J. Zheng, P. M. Ajayan, J. Lou, Adv. Opt. Mater 2022, 10, 2100070.

[123] Z. Zhu, Y. Zou, W. Hu, Y. Li, Y. Gu, B. Cao, N. Guo, L. Wang, J. Song, S. Zhang, H. Gu, H. Zeng, Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 1793.

[124] S. P. Qi, G. N. Liu, K. Zhang, J. X. Chen, Y. X. Zhao, Y. B. Lou, ACS Sustainable Chem. Eng. 2022, 10, 9565.

[125] F. Wang, H. Y. Wang, X. Q. Cui, Y. Liu, Sens. Diagn. 2022, 1, 1080.

[126] S. Liu, X. Pan, H. Liu, Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 5890.

[127] Y. Li, Z. Li, C. Chi, H. Shan, L. Zheng, Z. Fang, Adv. Sci. 2017, 4, 1600430.

[128] A. Mukhopadhyay, V. K. Maka, G. Savitha, J. N. Moorthy, Chem 2018, 4, 1059.

[129] P. Zhang, Y. Cui, Y. Yao, W. Wei, Y. Sun, K. Zhang, Y. Gao, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2021, 223, 110988.

[130] M. Li, Z. Wu, Y. Tian, F. Pan, T. Gould, S. Zhang, Adv. Mater. Technol. 2022, 8, 2200917.

[131] J. Kim, K. H. Lee, S. Lee, S. Park, H. Chen, S. K. Kim, S. Yim, W. Song, S. S. Lee, D. H. Yoon, S. Jeon, K.-S. An, Chem. Eng. J. 2023, 453, 139973.

[132] P. Salles, D. Pinto, K. Hantanasirisakul, K. Maleski, C. E. Shuck, Y. Gogotsi, Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1809223.

[133] M. Ranjbar, F. Delalat, H. Salamati, Appl. Surf. Sci. 2017, 396, 1752.

[134] G. Bourdin, D. Weill, M. C. Gayot, Nanomaterials 2019, 9, 1555.

[135] M. Yuan, R. Jia, X. Jiang, X. Wang, L. Yuan, Y. Duan, Mater. Lett. 2023, 349, 134688.

[136] A. Azam, J. Kim, J. Park, T. G. Novak, A. P. Tiwari, S. H. Song, B. Kim, S. Jeon, Nano Lett. 2018, 18, 5646.

[137] J. Du, Z. Zhang, C. Yue, Z. Nie, H. Tan, Z. Tang, N. Li, L. Xu, J. Xu, Mater. Today Chem. 2022, 26, 101089.

[138] J. Jiang, L. Qin, J. Halim, P. O. Å. Persson, L. Hou, J. Rosen, Nano Res. 2021, 15, 3587.

[139] F. Lu, D. Shi, P. Tan, Y. Han, Chem. Eng. J. 2022, 450, 138324.

[140] G. Valurouthu, K. Maleski, N. Kurra, M. Han, K. Hantanasirisakul, A. Sarycheva, Y. Gogotsi, Nanoscale 2020, 12, 14204.

[141] J. Li, A. Levitt, N. Kurra, K. Juan, N. Noriega, X. Xiao, X. Wang, H. Wang, H. N. Alshareef, Y. Gogotsi, Energy Storage Mater. 2019, 20, 455.

[142] L. A. Muscarella, A. Dučinskas, M. Dankl, M. Andrzejewski, N. P. M. Casati, U. Rothlisberger, J. Maier, M. Graetzel, B. Ehrler, J. V. Milić, Adv. Mater. 2022, 34, 2108720.

[143] D. D. Men, G. Q. Liu, C. C. Xing, H. H. Zhang, J. H. Xiang, Y. Q. Sun, L. F. Hang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 7494.

[144] Z. W. Li, J. N. Jin, F. Yang, N. N. Song, Y. D. Yin, Nat. Commun. 2020, 11, 2883.

[145] F. Diehl, S. Hageneder, S. Fossati, S. K. Auer, J. Dostalek, U. Jonas, Chem. Soc. Rev. 2022, 51, 3926.

[146] J. Ryssy, A. J. Lehtonen, J. Loo, M.-K. Nguyen, J. Seitsonen, Y. Huang, B. N. Narasimhan, J. Pokki, A. Kuzyk, S. Manuguri, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2201249.

[147] F. Wang, A. Cui, Z. Hu, L. Zhang, Adv. Opt. Mater 2021, 9, 2101505.

[148] Z. J. Yong, L. W. Yap, R. F. Fu, Q. Q. Shi, Z. R. Guo, W. L. Chneg, Mater. Horiz. 2021, 8, 2533.

[149] T. Aida, Z. Sun, Y. Yamauchi, F. Araoka, Y. S. Kim, J. Bergueiro, Y. Ishida, Y. Ebina, T. Sasaki, T. Hikima, Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 15772.

[150] X. Zhang, C. Wang, Y. Zhang, X. Zhang, S. Wang, M. Lu, H. Cui, S. V. Kershaw, W. W. Yu, A. L. Rogach, ACS Energy Lett. 2018, 4, 242.

[151] W. Dai, X. Wang, G. Chen, X. Wang, C. Hu, S. Zhen, C. Huang, Y. Li, Chem. Eng. J. 2023, 465, 143037.

[152] H. Liu, Y. Wang, X. Yang, X. Zhao, K. Wang, M. Wu, X. Zuo, W. Yang, Y. Sui, B. Zou, Nanoscale 2022, 14, 7530.

[153] H. He, G. Tong, Y. Shi, R. Wang, Y. Liu, J. Chen, N. Thirugnanam, J. Chen, Y. He, J. Mater. Res. Technol. 2021, 15, 5353.

[154] N. Miao, J. Zhou, B. Sa, B. Xu, Z. Sun, J. Alloy Compd. 2017, 699, 554.

[155] S. Yang, W. Niu, A. L. Wang, Z. Fan, B. Chen, C. Tan, Q. Lu, H. Zhang, Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 4252.

[156] M. Feierabend, Z. Khatibi, G. Berghäuser, E. Malic, Phys. Rev. B 2019, 99, 195454.

[157] S. Christodoulou, J. I. Climente, J. Planelles, R. Brescia, M. Prato, B. Martín-García, A. H. Khan, I. Moreels, Nano Lett. 2018, 18, 6248.

[158] J. Y. Cui, Y. Liu, Y. Z. Deng, C. Lin, Z. S. Fang, C. S. Xiang, P. Bai, K. Du, X. B. Zuo, K. C. Wen, S. L. Gong, H. P. He, Z. Z. Ye, Y. Gao, H. Tian, B. D. Zhao, J. P. Wang, Y. Z. Jin, Sci. Adv. 2021, 7, eabg8458.

[159] Y. Sun, Y. Yin, M. Pols, J. Zhong, Z. Huang, B. Liu, J. Liu, W. Wang, H. Xie, G. Zhan, Z. Zhou, W. Zhang, P. Wang, C. Zha, X. Jiang, Y. Ruan, C. Zhu, G. Brocks, X. Wang, L. Wang, J. Wang, S. Tao, W. Huang, Adv. Mater. 2020, 32, 2002392.

[160] D. X. Pan, Y. P. Fu, N. Spitha, Y. Z. Zhao, C. R. Roy, D. J. Morrow, D. D. Kohler, J. C. Wright, S. Jin, Nat. Nanotechnol. 2021, 16, 159.

[161] E. Z. Shi, B. Yuan, S. B. Shiring, Y. Gao, Akriti, Y. F. Guo, C. Su, M. l. Lai, P. D. Yang, J. Kong, B. M. Savoie, Y. Yu, L. T. Dou, Nature 2020, 580, 614.

[162] X. Sheng, G. Chen, C. Wang, W. Wang, J. Hui, Q. Zhang, K. Yu, W. Wei, M. Yi, M. Zhang, Y. Deng, P. Wang, X. Xu, Z. Dai, J. Bao, X. Wang, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1800283.

[163] C. Otero-Martínez, J. Ye, J. Sung, I. Pastoriza-Santos, J. Pérez-Juste, Z. Xia, A. Rao, R. L. Z. Hoye, L. Polavarapu, Adv. Mater. 2022, 34, 2107105.

[164] X.-R. Mao, Z.-K. Shao, H.-Y. Luan, S.-L. Wang, R.-M. Ma, Nat. Nanotechnol. 2021, 16, 1099.

[165] Y. Tong, F. Ehrat, W. Vanderlinden, C. Cardenas-Daw, J. K. Stolarczyk, L. Polavarapu, A. S. Urban, ACS Nano 2016, 10, 10936.

[166] M. Dyksik, S. Wang, W. Paritmongkol, D. K. Maude, W. A. Tisdale, M. Baranowski, P. Plochocka, J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 1638.

[167] A. M. Sanni, A. S. Rury, J. Phys. Chem. C 2020, 12, 101.

[168] W. Lu, Z. Wei, W. Guo, C. Yan, Z. Ding, C. Wang, G. Huang, V. M. Rotello, Small 2023, 19, 2301095.

[169] Q. Wang, H. Zhu, W. Chen, J. Hao, Z. Wang, J. Tang, Y. Yang, X. W. Sun, D. Wu, K. Wang, Nano Res. 2023, 16, 7593.

[170] Q. Li, Y. Zheng, X. Hou, T. Yang, T. Liang, J. Zheng, Sens. Actuators, B 2020, 304, 127353.

[171] S. Kumar, J. Jagielski, S. Yakunin, P. Rice, Y.-C. Chiu, M. Wang, G. Nedelcu, Y. Kim, S. Lin, E. J. G. Santos, M. V. Kovalenko, C.-J. Shih, ACS Nano 2016, 10, 9720.

[172] S. K. Das, R. Gawas, S. Chakrabarty, G. Harini, R. Patidar, K. Jasuja, J. Phys. Chem. C 2019, 123, 25412.

[173] D. C. Ratchford, V. M. Breslin, T. J. Michael, G. Bazargan, P. A. Brown, D. Gunlycke, J. Yeom, A. D. Dunkelberger, J. C. Owrutsky, R. B. Balow, B. S. Simpkins, J. Phys. Chem. C 2023, 127, 6371.

[174] L. Der-Hsien, U. Shiekh Zia, Y. Matthew, A. Matin, K. Hyungjin, A. I. Joel W, Y. Eli, J. Ali, Science 2019, 364, 468.

[175] Y. Choi, S. Kim, Y. Choi, J. Song, T. H. Kwon, O. H. Kwon, B. S. Kim, Adv. Mater. 2017, 29, 1701075.

[176] Y. Yang, X. Yang, X. Fang, K. Z. Wang, D. Yan, Adv. Sci. 2018, 5, 1801187.

[177] R. L. Z Hoye, M.-L. Lai, M. Anaya, Y. Tong, K. Gałkowski, T. Doherty, W. Li, T. N. Huq, S. Mackowski, L. Polavarapu, J. Feldmann, J. L MacManus-Driscoll, R. H. Friend, A. S. Urban, S. D. Stranks, ACS Energy Lett. 2019, 4, 1181.

[178] K. Kamada, Y. Tanaka, M. Tokunaga, T. Ueda, T. Hyodo, Y. Shimizu, Chem. Commun. 2016, 52, 3308.

[179] L. Li, L. Wondraczek, M. Peng, Z. Ma, B. Zou, Nano Energy 2020, 69, 104413.

[180] M. H. J. J. Galle, J. Li, P. A. Frantsuzov, T. Basché, I. G. Scheblykin, Adv. Sci. 2022, 10, 2204393.

[181] T. Zheng, M. Runowski, I. R. Martín, K. Soler-Carracedo, L. Peng, M. Skwierczyńska, M. Sójka, J. Barzowska, S. Mahlik, H. Hemmerich, F. Rivera-López, P. Kulpiński, V. Lavín, D. Alonso, D. Peng, Adv. Mater. 2023, 35, 2304140.

[182] J. Xu, Y. Wu, P. Zhang, Y. Wu, R. A. L. Vallée, S. Wu, X. Liu, Adv. Opt. Mater 2021, 9, 2100112.

[183] V. D. Paulo, H. Michels-Brito, D. Wagner, M. Paul, G. Papastavrou, L. Michels, J. Breu, J. Otto Fossum, Sci. Adv. 2022, 8, eabl8147.

[184] T. Sasaki, Y. Ebina, T. Tanaka, M. Harada, M. Watanabe, Chem. Mater. 2021, 13, 4661.

[185] K. Sano, Y. S. Kim, Y. Ishida, Y. Ebina, T. Sasaki, T. Hikima, T. Aida, Nat. Commun. 2016, 7, 12559.

[186] T.-Z. Shen, S.-H. Hong, B. Lee, J.-K. Song, NPG Asia Mater. 2016, 8, e296.

[187] X. Fang, Y. Lu, X. Chen, H. Cheng, H. Qiu, Y. Zheng, J. Zhu, ACS Appl. Nano Mater. 2022, 5, 14722.

[188] N. Liu, S. Liu, F. Geng, J. Materiomics 2018, 4, 144.

[189] Y. Zhang, P. Han, H. Zhou, N. Wu, Y. Wei, X. Yao, J. Zhou, Y. Song, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1802585.

[190] W. Yang, S. Yamamoto, K. Sueyoshi, T. Inadomi, R. Kato, N. Miyamoto, Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 8466.

[191] H. Mei, G. Ren, B. Zhao, J. Salman, G. Y. Jung, H. Chen, S. Singh, A. S. Thind, J. Cavin, J. A. Hachtel, M. Chi, S. Niu, G. Joe, C. Wan, N. Settineri, S. J. Teat, B. C. Chakoumakos, J. Ravichandran, R. Mishra, M. A. Kats, Adv. Mater. 2023, 35, 2303588.

[192] H. Lin, B. C. P. Sturmberg, K.-T. Lin, Y. Yang, X. Zheng, T. K. Chong, C. M. de Sterke, B. Jia, Nat. Photonics 2019, 13, 270.

[193] H. Xu, B. Ding, Y. Xu, Z. Huang, D. Wei, S. Chen, T. Lan, Y. Pan, H.-M. Cheng, B. Liu, Nat. Nanotechnol. 2022, 17, 1091.

[194] E. Marchiori, L. Ceccarelli, N. Rossi, L. Lorenzelli, C. L. Degen, M. Poggio, Nat. Rev. Phys. 2021, 4, 49.

[195] B. Ding, Y. Pan, Z. Zhang, T. Lan, Z. Huang, B. Lu, B. Liu, H.-M. Cheng, ACS Nano 2021, 15, 9445.

[196] M. M. Bordbar, J. Tashkhourian, B. Hemmateenejad, Acs Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 8333.

[197] Y. Li, R. Fang, D. Wang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 14, 2219.

[198] S. Jiang, C. Cui, W. Bai, W. Wang, E. Ren, H. Xiao, M. Zhou, C. Cheng, R. Guo, J. Colloid Interface Sci. 2022, 626, 1051.

[199] R. Li, X. Ma, J. Li, J. Cao, H. Gao, T. Li, X. Zhang, L. Wang, Q. Zhang, G. Wang, C. Hou, Y. Li, T. Palacios, Y. Lin, H. Wang, X. Ling, Nat. Commun. 2021, 12, 1587.

[200] M. Sharma, K. Gungor, A. Yeltik, M. Olutas, B. Guzelturk, Y. Kelestemur, T. Erdem, S. Delikanli, J. R. McBride, H. V. Demir, Adv. Mater. 2017, 29, 1700821.

[201] D.-H. Lien, M. Amani, S. B. Desai, G. H. Ahn, K. Han, J.-H. He, J. W. Ager, M. C. Wu, A. Javey, Nat. Commun. 2018, 9, 1229.

[202] P. Zhang, F. Zhu, F. Wang, J. Wang, R. Dong, X. Zhuang, O. G. Schmidt, X. Feng, Adv. Mater. 2016, 29, 1604491.

[203] T. G. Novak, J. Kim, A. P. Tiwari, J. Kim, S. Lee, J. Lee, S. Jeon, ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 11276.

[204] T. Chen, J. Wang, X. Wu, Z. Li, S. Yang, Appl. Surf. Sci. 2021, 566, 150719.

[205] T. Chen, G. Yang, J. Wang, L. Ma, S. Yang, Carbon 2021, 184, 53.

[206] J. Gan, Q. Lin, Y. Huang, Y. Wu, W. Yu, ACS Nano 2023, 17, 23512.

[207] P. Geiregat, C. Rodá, I. Tanghe, S. Singh, A. Di Giacomo, D. Lebrun, G. Grimaldi, J. Maes, D. Van Thourhout, I. Moreels, A. J. Houtepen, Z. Hens, Light: Sci. Appl. 2021, 10, 112.

[208] X.-H. Zhao, X. Hu, M.-E. Sun, X.-M. Luo, C. Zhang, G.-S. Chen, X.-Y. Dong, S.-Q. Zang, J. Mater. Chem. C 2022, 10, 3440.

[209] Y. Liu, G. Bai, Y. Lyu, Y. Hua, R. Ye, J. Zhang, L. Chen, S. Xu, J. Hao, ACS Nano 2020, 14, 16003.

[210] S. K. Ha, W. Shcherbakov-Wu, E. R. Powers, W. Paritmongkol, W. A. Tisdale, ACS Nano 2021, 15, 20527.

[211] R. Rong, Y. Liu, X. Nie, W. Zhang, Z. Zhang, Y. Liu, W. Guo, Adv. Sci. 2023, 10.

[212] T.-Z. Shen, S.-H. Hong, J.-K. Song, Nat. Mater. 2014, 13, 394.

[213] H.-H. L. Chong-Chan Kim, K. H. Oh, J.-Y. Sun, Science 2016, 353, 682.

[214] P. Won, K. K. Kim, H. Kim, J. J. Park, I. Ha, J. Shin, J. Jung, H. Cho, J. Kwon, H. Lee, S. H. Ko, Adv. Mater. 2020, 33, 2002397.

[215] X. Zhao, F. Chen, Y. Li, H. Lu, N. Zhang, M. Ma, Nat. Commun. 2018, 9, 3579.

[216] P. Xue, Y. Chen, Y. Xu, C. Valenzuela, X. Zhang, H. K. Bisoyi, X. Yang, L. Wang, X. Xu, Q. Li, Nano-Micro Lett. 2022, 15, 1.

[217] X. Cao, A. Huang, C. Liang, H. C. Chen, T. Han, R. Lin, Q. Peng, Z. Zhuang, R. Shen, H. M. Chen, Y. Yu, C. Chen, Y. Li, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 3386.

[218] R. Sun, D. Zhou, P. Lu, X. Jing, X. Zhuang, S. Liu, Y. Wang, X. Bai, W. Xu, H. Song, Nano Energy 2022, 93, 106815.

[219] Z. Wang, Q. Jingjing, X. Wang, Z. Zhang, Y. Chen, X. Huang, W. Huang, Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 6128.

[220] H. Xu, J. Liu, S. Wei, J. Luo, R. Gong, S. Tian, Y. Yang, Y. Lei, X. Chen, J. Wang, G. Zhong, Y. Tang, F. Wang, H. M. Cheng, B. Ding, Light: Sci. Appl. 2023, 12, 278.

[221] B. Bai, C. Zhang, Y. Dou, L. Kong, L. Wang, S. Wang, J. Li, Y. Zhou, L. Liu, B. Liu, X. Zhang, I. Hadar, Y. Bekenstein, A. Wang, Z. Yin, L. Turyanska, J. Feldmann, X. Yang, G. Jia, Chem. Soc. Rev. 2023, 52, 318.

[222] X. Lv, H. Xu, Y. Yang, M. Ouyang, M. Xia, C. Liu, D. S. Wright, C. Zhang, Chem. Eng. J. 2023, 458, 141453.

RIGHTS & PERMISSIONS

2024 The Author(s). Responsive Materials published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of Southeast University.