中國(guó)科大在二維半導(dǎo)體材料研究方面取得重要進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院向斌教授課題組首次成功合成并表征了具有可調(diào)控帶隙的二維半導(dǎo)體材料WS2(1-x)Se2x單層薄膜。這一成果拓寬了當(dāng)前低維半導(dǎo)體材料研究的思路，在實(shí)驗(yàn)和理論上為低維半導(dǎo)體材料在實(shí)際中的應(yīng)用提供了新的可能性。該工作以“Synthesis and enhanced electrochemical catalytic performance of monolayer WS2(1-x)Se2x with a tunable band gap”為題發(fā)表于國(guó)際重要期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials 2015, DOI: 10.1002/adma.201500368），論文的第一作者是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院碩士研究生伏啟。
近年來(lái)，過(guò)渡族金屬二硫?qū)倩铮═MCDs）成為了半導(dǎo)體材料研究的熱點(diǎn)。這一類(lèi)材料的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于二維石墨烯，是很簡(jiǎn)單的二維形式：金屬（如鉬或鎢）的單原子層被另外兩個(gè)硫?qū)伲ㄈ缌蚧蛭﹩卧訉訆A在中間。相比于石墨烯的金屬性，這類(lèi)材料具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，而且其器件的能量效率要高于現(xiàn)有的硅基元素器件，這意味著它們有可能在未來(lái)的分子尺度的數(shù)碼處理器材料選擇中占據(jù)一席之地。而且這類(lèi)材料還具有相當(dāng)高效的吸收和發(fā)射光子的能力，使其很有希望成為光電信息傳輸?shù)暮蜻x材料。
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目前，對(duì)于單一金屬元素和單一硫?qū)僭鼗衔锏难芯恳呀?jīng)有相當(dāng)多的成果。當(dāng)我們?cè)谶@些純的化合物中再加入不同的金屬元素或者硫?qū)僭?，形成一種類(lèi)似于合金的結(jié)構(gòu)時(shí)，異原子的引入會(huì)帶來(lái)材料能帶結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而使其帶隙寬度發(fā)生變化，在一定范圍內(nèi)達(dá)到可連續(xù)調(diào)控帶寬的有益效果。這對(duì)于過(guò)渡族金屬二硫?qū)倩镌诎雽?dǎo)體器件和光電器件方面的應(yīng)用潛力是一個(gè)極大的提升。但是當(dāng)前對(duì)于多種金屬元素和多種硫?qū)僭睾辖鸹衔锏难芯咳怎r見(jiàn)報(bào)道，主要原因是其制備條件較為苛刻。在這個(gè)工作中，本課題組利用CVD法，在常壓下實(shí)現(xiàn)了WS2(1-x)Se2x單層薄膜的可控制備，對(duì)不同x值（即硒元素比例）的WS2(1-x)Se2x單層薄膜進(jìn)行了各項(xiàng)測(cè)試，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算模擬等方面詳細(xì)討論了WS2(1-x)Se2x單層薄膜性能隨x值變化所發(fā)生的轉(zhuǎn)變。該工作為今后同類(lèi)合金材料的制備和表征提供了可靠的依據(jù)。同時(shí)，本課題組在其他低維材料制備與表征方面也取得一定成果。博士研究生楊雷成功制備的二硫化鉬納米帶，以高樣品質(zhì)量和比表面積在電化學(xué)產(chǎn)氫方面表現(xiàn)出極好的性能。該工作以“Single-Crystal Atomic-Layered Molybdenum Disulfide Nanobelts with High Surface Activity”為題發(fā)表于國(guó)際重要期刊《ACS Nano》(ACS Nano 2015. 9, 6478-6483)。
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向斌教授為上述論文的通訊作者，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)為論文的第一單位。上述工作得到了國(guó)家自然基金委面上項(xiàng)目，國(guó)家人才計(jì)劃等項(xiàng)目的大力支持。
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論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201500368/abstract
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