研究亮点: 通过理论计算设计前驱体,并调节CVD气氛一步选择性合成2H及1T’相的MoS2单分子层薄膜及双层膜。 研究背景 二维MoS2是过渡金属硫化物中的一种典型复相材料。三棱柱型(2H型)MoS2是热力学稳定相,可用作超薄半导体,在纳米电子学和光电子学领域具有广阔的前景。而欲合成热力学不稳定的八面体型(1T)或扭曲八面体型(1T′)相,以往是通过锂离子脱嵌、电子束扫描或表面掺杂方法,纯度最多只能达到80%,且不能合成单层MoS2。
单层MoS2
在以上过程中,Mo原子周围的硫配位环境改变,Mo原子的d轨道裂分方式和电子填充方式也发生了变化,导致MoS2由半导体相2H相转变为金属相1T或1T′相。不同的电子结构使得1T和1T′MoS2在超导、磁性和亚铁电性等方面具有独特特性,因此非常有必要发展一种方法制备高纯度的1T和1T′MoS2。 成果简介 有鉴于此,清华大学焦丽颖团队和国家纳米科学中心谢黎明团队合作,报道了一种通过一步CVD生长,直接合成高纯度、高结晶度的单层1T′MoS2的方法。 通过理论计算,研究人员巧妙地引入钾离子,降低了1T′ MoS2的生成能,从而成功地合成了高纯度1T′相。此外,通过调节反应气氛,研究人员得到纯的2H单层膜或1T′/2H异相双层膜。合成的1T′MoS2具有独特的面内各向异性。这项研究为二维过渡金属硫化物的相选择性合成铺平了道路。 综上所述,这项研究开创了一种合成高纯度单层过渡金属二维硫化物的新方法,以此为基础可以砌层合成层状功能薄膜材料,同时也为其他具有独特性能的亚稳相二维材料的制备提供了一种通用方法。 参考文献: Liu L, Wu J, Wu L, et al. Phase-selective synthesis of 1T' MoS2monolayers and heterophase bilayers[J]. Nature Materials, 2018. DOI: 10.1038/s41563-018-0187-1 https://www.nature.com/articles/s41563-018-0187-1
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