孪晶缺陷诱导单层MoS2枝晶生长

guawazi

       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。过渡金属硫化物的形貌、结晶度、晶体取向、边缘结构、晶格缺陷在二维晶体材料改性中起着至关重要的作用。因此，控制高质量二维MX2的形态对于诸如电催化等应用是非常重要的。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法广泛地生长出来，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。传统纳米结构的生长机制可以为单层MoS2的形态工程提供了有益的启示：除了晶体固有的对称性外，纳米结构的形态诸如异相、螺位错和孪晶等结构缺陷被报导能够应用于形貌工程化。其中，孪晶的存在可以作为一种构建复杂纳米结构的有效方法。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。

       近日，南方科技大学程春教授和香港科技大学王宁教授（共同通讯）团队，报道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。所得到的MoS2晶体具有六角形的分枝形状和可调的骨架。通过对原子结构的表征，发现这些形貌主要来源于孪晶缺陷并受S: Mo蒸气比控制。由于孪晶区的硫空位堆积，光致发光强度大大增强，从而造成了与形状相关的光学性能。这项工作不仅提供了一种调控二维晶体形貌的方法，也增进了对孪晶缺陷诱导生长机理的理解，同时也为二维材料在电化学和光电子学领域的应用提供了设计方法。该成果以题为：“Twin Defect Derived Growth of Atomically Thin MoS2 Dendrites”，发表在ACS Nano上。