作为代表性的非层状2D TMC,Fe1–xS(0 < x < 0.125, 六方磁黄铁矿)具有NiAs结构,是地球上最丰富的硫化铁矿物之一。然而,其在2D薄厚度下的结构和性质却尚不明确。近日,清华大学深圳国际研究生院成会明教授、刘碧录副教授团队与南方科技大学林君浩副教授课题组、赵悦副教授课题组合作,通过在CVD过程中引入金属及金属氯化物作为双金属源,实现了多种薄层非层状2D TMC的可控生长,并研究了Fe1–xS在2D厚度极限下的结构和性质。
研究人员提出了一种普适的双金属源生长方法,利用金属及其氯化物的混合物作为金属前驱体,实现了非层状2D TMC的可控生长。以六方Fe1–xS为例,Fe1–xS纳米片的厚度薄至3nm,横向尺寸超过100μm。与MoS2这类层状TMC(阴离子空位占主导)不同的是,本研究在Fe1–xS中发现了有序阳离子Fe空位。低温输运测试和理论计算结果表明,2D Fe1–xS是一种稳定的窄带隙半导体,其带隙宽度约为60 meV。除Fe1–xS外,该方法还可用于生长其他多种具有有序阳离子空位的非层状2D TMC,包括Fe1–xSe、Co1–xS、Cr1–xS和V1–xS。本工作促进了非层状材料在2D厚度极限下的生长和物性探索。
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图1. 双金属源制备多种非层状二维过渡金属硫族化合物
![20220921-论文-谭隽阳-非层状二维Fe1-xS的结构表征.jpg](https://www.tsinghua.edu.cn/__local/0/A0/F3/F55BC8AB52E0A90BA3FD62ED167_4806BDDF_4C157.jpg)
图2. 非层状二维Fe1-xS的结构表征
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图3. 非层状二维Fe1-xS中的有序阳离子Fe空位表征
![20220921-论文-谭隽阳-非层状二维Fe1-xS中的电学特性jpg 20220921-论文-谭隽阳-非层状二维Fe1-xS中的电学特性jpg](https://www.tsinghua.edu.cn/__local/3/3E/92/724FA62D0F6B9BB69601686EA38_FCACA0A5_300DD.jpg)
图4.非层状二维Fe1-xS中的电学特性
![20220921-论文-谭隽阳-非层状二维Fe1-xSe、Co1-xS、Cr1-xS和V1-xS的电学特性jpg 20220921-论文-谭隽阳-非层状二维Fe1-xSe、Co1-xS、Cr1-xS和V1-xS的电学特性jpg](https://www.tsinghua.edu.cn/__local/E/4C/DC/CDCD39B81BCDCA80008ED619D10_81AD2A13_6986B.jpg)
图5. 非层状二维Fe1-xSe、Co1-xS、Cr1-xS和V1-xS的电学特性
相关成果近日以“双金属源制备具有有序阳离子空位的非层状二维金属硫化物”(Dual-metal precursors for the universal growth of non-layered 2D transition metal chalcogenides with ordered cation vacancies)为题在线发表在期刊《科学通报》(Science Bulletin)上。
清华大学深圳国际研究生院教授成会明、副教授刘碧录和南方科技大学副教授林君浩、赵悦为论文通讯作者;清华大学深圳国际研究生院2018级博士研究生谭隽阳、2020级博士研究生曾圣锋和南方科技大学2019级博士研究生张宗腾为论文共同第一作者。论文作者还包括清华大学深圳国际研究生院副教授邹小龙、干林,博士王经伟、赵仕龙、陈文骏,2021级硕士研究生李晟楠、2020级硕士研究生郑荣戌,2020级博士研究生魏印平、孙宇杰,2019级博士研究生张荣杰、农慧雨以及南方科技大学博士侯福臣。该研究得到了国家自然科学基金委****项目、基础科学中心项目,广东省科技厅、深圳市科创委等部门的支持。
论文链接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927322002687
供稿:深圳国际研究生院
编辑:李华山
审核:郭玲
2022年09月21日 16:23:05