二维材料的大规模可控生长是其在电子、光电子、能源等领域应用的关键，尤其需要实现大面积、高质量的单晶或薄膜。化学气相沉积（CVD）是目前最常用的制备方法，但对其成核与早期生长的原子级机制理解仍很有限，原因在于这些过程具有瞬时性、动态性，传统表征手段难以实时捕捉。传统成核理论（经典成核理论）假设单体直接组装成晶核，但近年研究表明许多材料（尤其是金属纳米晶）可通过“非经典成核路径”形成，如两步成核、预成核等。对于二维材料，由于其具有面内共价键和层间范德华力的各向异性结构，其成核和生长行为可能更为复杂，目前多依赖理论模拟，缺乏直接实验证据。
二、【创新成果】
基于此，北京科技大学张智宏副教授与王荣明教授在Science上发表了题为“Atomically resolved two-dimensional amorphous nuclei formed during MoS2 chemical vapor deposition”的论文，报道开发了一种与环境透射电子显微镜（ETEM）兼容的微反应室，利用ETEM对CVD过程中的二MoS2成核与生长进行了原位原子尺度观测。结合分子动力学模拟，研究人员的观察揭示了在初始成核阶段会形成二维非晶结构，该结构在达到临界尺寸后会经历面内结构有序化转变，从而形成晶核。此外，研究人员在早期生长阶段还捕捉到了晶核合并与定向附着过程，这些过程很可能对二维单晶的制备具有贡献。这些发现揭示了MoS2在CVD条件下的原子级结构演化路径，为高质量二维晶体的可控合成提供了机制性见解，并为更广泛的共价键合材料体系提供了策略指导。
三、【图文解析】
图1 在ETEM中对MoS2进行CVD生长研究 ©2026 AAAS
图2 CVD过程中MoS2的多步成核路径 ©2026 AAAS
图3 成核过程中依赖于尺寸的非晶态向晶态转变 ©2026 AAAS
图4 追踪MoS2结构从晶核到稳定晶域的演化过程 ©2026 AAAS
四、【科学启迪】
综上，本研究成功开发了一种微型反应室，并在TEM内部构造了CVD环境，从而能够以亚纳米分辨率观测MoS2通过CVD方法的成核与生长过程。本研究的结果首次在原子尺度实时观测到MoS2在CVD中的非经典成核路径，明确了“非晶团簇 → 二维胚胎 → 晶核”的多步机制，揭示了二维非晶态“胚胎”作为中间态的形成过程，该中间态促进了非晶团簇向晶态MoS2晶核的转变。这些观测与定量分析为MoS2的多步成核机制提供了直接的实验证据，并描绘出CVD过程中成核及早期生长行为的完整模型。研究人员预计这些发现同样适用于其他二维材料及各向异性晶体，为理解并控制其CVD生长以实现原子尺度制造提供指导。
原文详情：Atomically resolved two-dimensional amorphous nuclei formed during MoS2 chemical vapor deposition (Science 2026, 391, 622-627)
本文由赛恩斯供稿。
