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和1T'相MoS2单层薄膜和双层薄膜。
研究背景
二维MoS2是过渡金属硫化物中典型的复相材料。 三棱柱型（2H型）MoS2是一种热力学稳定相，可作为超薄半导体，在纳米电子和光电子领域具有广阔的前景。 为了合成热力学不稳定的八面体（1T）或扭曲八面体（1T'）相，过去采用锂离子脱嵌、电子束扫描或表面掺杂的方法，纯度最多只能达到80%，而单相层MoS2无法合成。
在上述过程中，Mo原子周围的硫配位环境发生变化，Mo原子的d轨道分裂和电子填充模式也发生变化，导致MoS2从半导体相2H相转变为金属相1T或1T'相。 不同的电子结构赋予1T和1T′MoS2在超导性、磁性和铁电性方面独特的性能。 因此，开发一种制备高纯度1T和1T'MoS2的方法非常有必要。
结果介绍
鉴于此，清华大学焦丽英团队与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来降低1T′MoS2的生成能，从而成功合成了高纯度的1T′相。 此外，通过调节反应气氛，研究人员可以获得纯2H单层薄膜或1T'/2H异质双层薄膜。 合成的1T'MoS2具有独特的面内各向异性。 该研究为二维过渡金属二硫属化物的相选择合成铺平了道路。
图1 控制条件合成不同相的原理图
制备过程
他们选择将其用作云母片上的前体负载，用于 CVD 沉积。 在氩气气氛中沉积出2H相MoS2单分子薄膜，而在氢含量为10%的氢氩混合物中则形成1T'相MoS2单分子薄膜。 如果在氩气氛中沉积一层2H相MoS2单分子薄膜，然后将气氛改为氢含量为5%的氢氩混合气体继续沉积，则报道了1T'/2H双层薄膜第一次就可以获得。
这种自下而上的相控CVD合成方法具有以下优点：
1）通过理论计算得到前驱体中合适的化学计量比，降低产物形成能，一步合成热力学不稳定的产物。
2）所得单分子膜尺寸大、纯度高、空气稳定性好。 这种自下而上的相控合成方法有利于精细层状晶体结构的设计。
图2 选择性CVD生长的1T′相和2H相MoS2单层薄膜
图3 1T′/2H异质双层薄膜的叠加生长
材料表征
他们通过结合角分辨偏振拉曼光谱（ARPRS）、扫描透射电子显微镜（STEM）和角分辨电子测量，进一步表征了 1T'MoS2 单分子薄膜的相选择性合成。 研究发现1T'MoS2单层薄膜具有独特的面内各向异性，并且在催化析氢反应（HER）方面也具有很高的活性。
图4 STEM和二维偏振拉曼光谱表征面内各向异性
图5 面内各向异性电特性
图6 CVD生长的1T'和2H MoS2的电化学性能
综上所述，本研究开创了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，可以合成层状功能薄膜材料。 它还为其他子材料提供了独特的性能。 为相稳定二维材料的制备提供了一种通用方法。
参考：
刘L，吴J，吴L，等。 1T'的相位-[J]． ，2018。
DOI：10.1038/-018-0187-1
焦丽英副教授简介：
焦丽英，清华大学化学系副教授、博士生导师。 2008年于北京大学化学与分子工程学院获得博士学位，2008年至2012年在美国斯坦福大学化学系从事博士后研究，一直在清华大学化学系工作2012年起大学本科，2013年获求是“杰出青年学者”奖，2013年获中国自然科学基金杰出青年基金。
研究领域：
1.低维半导体材料的可控合成、结构表征、物理性质测量及其在纳米电子领域的应用研究。
2.新能源材料的制备及性能优化。
谢黎明研究员简介：
谢黎明，中国科学院国家纳米科学中心研究员、项目负责人。 2004年、2009年毕业于北京大学（学士、博士），2009年至2012年在斯坦福大学从事博士后研究。入选中国科学院“杰出青年科学家”项目（2014年）、“新科学”北京市“科技之星”（2015年）、北京市高技术创新计划“青年拔尖个人”（2016年）。 学术兼职：国家食品药品监督管理局医疗器械审评专家、国家纳米科学中心-中国食品药品检定研究院“纳米医用材料标准化检测与评价”联合实验室联席主任、《纳米医用材料标准化检测与评价》联合实验室编委光散射杂志等
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