今日Nature：厉害！一招把2D金属硫化物合遍了元素周期表

【前言】

大面积、高质量的二维晶体材料是实现其在光电、柔性器件等领域应用的前提，CVD 法是目前制备大面积二维晶体材料的最有效方法，并且获得的材料的质量和性能接近机械剥离法制备的材料。过渡族金属硫族化合物（TMDCs）作为非碳层状二维材料，是直接带隙半导体，并具有显著的量子自选霍尔效应、谷极化效应，在光电转换、自旋器件、柔性薄膜电子/光电子器件等方面具有重要应用前景。然而，由于金属和金属氧化物前驱体的高熔点特点，目前的制备方法中通常由金属或金属化合物的硫化、硒化和碲化来合成Mo、W系的TMDCs，而其他原子级厚度的过渡金属硫族化合物制备仍是个难题。但是，由金属-硫二元相图可知，在高温下（ >500 ºC）金属容易与硫化合形成硫化物，即使化学性质相对比较稳定的铂族金属（ Pt、 Pd、 Os）也会形成 PtS、RuS₂、PdS、PdS₂、OsS₂等，这为二维TMDC材料的化学气相沉积制备提供了可能。熔融盐辅助法可以在相对低的温度下制备陶瓷粉末，这种方法最近也被用于促进单层WS₂和WSe₂的生长。

【成果简介】

今日来自新加坡南洋理工大学的刘政教授，日本国家高等工业科学技术研究所的林君浩博士以及北京中科院物理所的刘广同教授联合团队（共同通讯）在Nature上发表文章，题为：“A library of atomically thin metal chalcogenides”。研究人员证明熔融盐辅助化学气相沉积可广泛应用于合成各种原子级厚度的二维TMDCs材料，通过熔融盐辅助的化学气相沉积法合成了47种二维TMDCs材料，其中包括32种二元化合物(基于过渡金属Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Pt、Pd和Fe )，13种合金 (包括三元、一元和一元)，以及两种异质结构化合物。阐述了盐是如何降低反应物的熔点，促进中间产物的形成，提高总反应速率。单层NbSe₂和MoTe₂样品中的超导性以及在MoS₂和ReS₂中的高迁移率的证据证明，该团队采用此方法合成的大多数材料都是可用的。虽然一些材料的质量仍然需要发展，但该团队的工作为研究各种二维TMCs的性能和潜在应用开辟了新道路。

【图文导读】

图1. 化学气相沉积法生产TMCs的一般生长工艺流程图

图2. 所用的过渡金属和硫属元素，以及所得不同原子上薄的TMCs和异质结构的光学图像

图3. 具有代表性的单层材料在不同相态下的原子分辨率STEM图像

图4. 反应机理

文献链接：A library of atomically thin metal chalcogenides，（Nature，2018，DOI: 10.1038/s41586-018-0008-3）

刘政博士，目前任职于新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院与电气电子工程学院（双聘），南洋助理教授，新加坡国立研究基金会NRF Fellowship获得者。2005年本科毕业于南开大学物理系，获理学学士学位，2010年毕业于国家纳米科学中心，获博士学位，导师孙连峰研究员。2010至2013年在美国莱斯大学Pulickel M. Ajayan教授跟Jun Lou教授课题组从事博士后研究工作。目前主要从事大面积和高质量新型二维材料合成，二维异质结构，以及基于二维材料的微纳器件设计及其在新能源等领域的应用。目前，已在国际期刊Nature (1),Nature Materials(2)，Nature Nanotechnology(3), Nature Chemistry (1), Nature Communications(11), Science Advances(2), Advanced Materials(17), Nano Letters(23), ACS Nano(10), PRL(1), JACS(4), Angewandte Chemie(1), 等发表学术论文160余篇，SCI总引用超14000余次，h-index为50。

本文由材料人编辑部学术组Z,Chen供稿，材料牛整理编辑。

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