二維層狀材料及其研究現狀

  繼單層石墨烯被發現后，科學家們就發現了越來越多的類石墨烯材料，因此開啟了二維材料科學研究的先河。如圖1為**二維材料的示意圖，其中主要包括石墨烯、TMDs、h-BN及黑磷等。其中 TMDs由于其帶隙的適中性而被科學家們倍加關注，因此也成為新一代材料領域研究的一大熱潮。

  二維TMDs主要表現出層狀結構，是由平面疊加形成，且層與層之間通過范德華力相聯系，相鄰的層與層之間距離大概為0.65 nm。TMDs可以用MX2來表示，其中M和X分別表示過渡金屬和硫族元素。簡單來說，TMDs具有**的X-M-X式的三明治結構，可以根據金屬原子與硫屬原子配位的方式的不同，化合物主要表現為三種結構，其中包括八面體和三菱柱配位等。然而根據化合物不同的堆疊方式，又可分為三方對稱、六方對稱以及菱形對稱這三種不同結構，其也可以縮寫表示為1T、2H以及3R結構。如圖2所示，1T晶體結構的配位方式是按照Abc...堆積;2H晶體結構是按照AbABaB順序堆疊;3R晶體結構是按照AbACaCBaB配位方式堆疊。 在以上這三種結構當中，2H結構穩定。其中常見結構為1T和2H相，但是由于這兩種相中金屬原子的場環境不一樣，從而導致這兩個相表現出不一樣的電子特性。比如2H相的WS2和MoS2都是半導體，但是1T相的它們則都表現出金屬特性。不同的制備方式也會形成不一樣的相結構，比如機械剝離產生的MoS2大部分都是呈現出2H相結構，但是通過溶液法制備出來的MoS2則是2H和1T相結構共存。硫屬化合物元素組合的不同也會呈現出不一樣的穩定相，例如大部分情況下MoS2是2H相結構，而1T相結構的MoS2則表現出亞穩金屬相，其在一定環境下會相變為更加穩定的2H相。

  過渡金屬硫屬化合物（TMDs)不僅有**的電學性質，比如良好的導電性、高的開關比等，而且引人注目的是 TMDs材料的能帶可以根據需求進行適當的調控，這也大大有利于可調控器件的應用。圖3 （a）和（b）分別為計算的不同層數MoS2和 WS2的能帶結構，可見其都屬于間接帶隙。塊狀MoS2的能帶價帶頂和導帶底位于空間的兩個不同點，而單層MoS2的價帶頂和導帶底位于空間的同一K點，即變成了直接帶隙結構。層數減少，結構將從間接帶隙變為直接帶隙。正是由于這些獨特的結構性質，MoS2、WS2等過渡金屬硫屬化合物材料被廣泛應用在光催化、鎖模等光電科學領域。

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