二维层状材料及其研究现状

  继单层石墨烯被发现后，科学家们就发现了越来越多的类石墨烯材料，因此开启了二维研究的先河。如图1为**二维材料的示意图，其中主要包括石墨烯、TMDs、h-BN及黑磷等。其中 TMDs由于其带隙的适中性而被科学家们倍加关注，因此也成为新一代材料领域研究的一大热潮。

  二维TMDs主要表现出层状结构，是由平面叠加形成，且层与层之间通过范德华力相联系，相邻的层与层之间距离大概为0.65 nm。TMDs可以用MX2来表示，其中M和X分别表示过渡金属和硫族元素。简单来说，TMDs具有**的X-M-X式的三明治结构，可以根据金属原子与硫属原子配位的方式的不同，化合物主要表现为三种结构，其中包括八面体和三菱柱配位等。然而根据化合物不同的堆叠方式，又可分为三方对称、六方对称以及菱形对称这三种不同结构，其也可以缩写表示为1T、2H以及3R结构。如图2所示，1T晶体结构的配位方式是按照Abc...堆积;2H晶体结构是按照AbABaB顺序堆叠;3R晶体结构是按照AbACaCBaB配位方式堆叠。 在以上这三种结构当中，2H结构稳定。其中常见结构为1T和2H相，但是由于这两种相中金属原子的场环境不一样，从而导致这两个相表现出不一样的电子特性。比如2H相的WS2和MoS2都是半导体，但是1T相的它们则都表现出金属特性。不同的制备方式也会形成不一样的相结构，比如机械剥离产生的MoS2大部分都是呈现出2H相结构，但是通过溶液法制备出来的MoS2则是2H和1T相结构共存。硫属化合物元素组合的不同也会呈现出不一样的稳定相，例如大部分情况下MoS2是2H相结构，而1T相结构的MoS2则表现出亚稳金属相，其在一定环境下会相变为更加稳定的2H相。

  过渡金属硫属化合物（TMDs)不仅有**的电学性质，比如良好的导电性、高的开关比等，而且引人注目的是 TMDs材料的能带可以根据需求进行适当的调控，这也大大有利于可调控器件的应用。图3 （a）和（b）分别为计算的不同层数MoS2和 WS2的能带结构，可见其都属于间接带隙。块状MoS2的能带价带顶和导带底位于空间的两个不同点，而单层MoS2的价带顶和导带底位于空间的同一K点，即变成了直接带隙结构。层数减少，结构将从间接带隙变为直接带隙。正是由于这些独特的结构性质，MoS2、WS2等过渡金属硫属化合物材料被广泛应用在光催化、锁模等光电科学领域。

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