我校材料系程春课题组在《ACS Nano》发表二维材料领域重要进展

2018年01月10日科研新闻

近日，我校材料科学与工程系副教授程春课题组在ACS Nano上（影响因子:13.942）发表了一种通过用胶带预处理生长基底来合成单层二硫化钼枝晶的方法。该论文题为：“Twin Defect Derived Growth of Atomically Thin MoS₂ Dendrites”，材料系联合培养博士生王经纬为第一作者，材料系为第一通讯单位。

过渡金属硫化物由于其优异的物理化学性能受到了越来越多的关注，如单层直接带隙、自旋谷物理、边缘活性位点等特性使得其在太阳能电池、气敏传感器、非线性光学、光电器件以及谷电子学、光电子学、析氢反应等领域有广泛研究。作为一种代表性的过渡金属硫化物，单层二硫化钼可以通过CVD法生长出来，并且其生长机理，层数，取向性、覆盖度、尺寸、位置控制等都得到了充分研究。然而，对于形貌控制的工作目前还没有过太多报导。由于结构对称性的限制，CVD法生长的MoS₂一般为三角形。最近，有报道通过合并三角域的面倾斜和镜像孪晶界制备多边形的单层MoS₂晶体，包括四边形、六边形、五角形、蝴蝶形等。这些多边形的单层MoS₂片呈现出与形状相关的发光行为，这是由于其高密度的硫缺陷在孪晶晶界处积累所造成的。因此，孪晶结构不仅丰富了MoS₂晶体的形态，而且强烈地影响MoS₂的电子、磁性、光学和力学等性能。然而，在单层MoS₂生长过程中，控制孪晶缺陷的方法不多，对孪晶缺陷生长机理的理解也比较缺乏。考虑到这些问题，研究简单易行的MoS₂形貌工程方法是十分必要的。

程春课题组采用了一种通过用胶带预处理基底来气相沉积生长单层MoS₂枝晶的方法，有意在初始成核阶段和/或生长过程中引入孪晶缺陷，实现单层MoS₂树枝晶的形貌调控。所得的MoS₂晶体具有六次对称的骨架，分枝数可调。其形状的演化过程是由胶黏剂种子诱导的双晶缺陷形核和局部硫/钼源蒸气比的协同效应所引起的。此外，由于硫空位的富集，极大地增强了循环孪晶区的光致发光效率。该工作为合成可控形状的单层MoS₂提供了一种简便有效的策略，同时也为理解孪晶缺陷的生长机制以及在其电催化和光电催化等领域的应用做出了贡献。该项工作已被包括“纳米人”、“江苏纳米创新中心”等权威公众号进行报导。

图1 MoS₂枝晶制备示意图以及产物形貌图
(a) 通过在基底上引入来自屏幕保护贴膜的粘合剂种子来诱导MoS₂树枝状晶体形成的示意图；
(b) 大面积单层六角状MoS₂的扫描电子显微镜图；(c) 雪花状单层MoS₂的扫描电子显微镜图。

图2枝状MoS₂的形态演变
(a)产物光学图像， S：Mo蒸气比沿着硫蒸汽的流动方向增加；
(b-f) 图2a中对应位置的MoS₂的光学图像，右上角插图为每个区域的代表性MoS₂晶体形态；
(g) 分形维数随S：Mo蒸气浓度比变化的关系。

程春课题组致力于智能材料、能源材料、二维无机柔性电子材料与器件等前沿方向的研究，自2013年课题组成立以来发表SCI文章40余篇，包括纳米材料和能源材料领域顶尖刊物ACS Nano，AOM，JMCA，ACS AMI，Solar RRL等，ESI 高引论文1篇。

该项研究得到粤港创新基金、国家自然科学基金、广东省自然科学杰出青年基金、南科大启动经费及科研副校长项目等大力支持。透射电子显微镜部分工作得到了香港科技大学王宁教授课题组的支持。

论文链接： http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b07693