二维过渡金属硫族化合物(TMDs)受到研究者的追捧,主要是因为以下三个优点:
近年来,贵金属TMDS(NTMDs)作为新的2D材料被重新引入,显示出许多优异的特性,包括宽的可调带隙、较高的载流子迁移率、各向异性和超高的空气稳定性。与大多数d轨道电子较少的TMDs不同,NTMDs的d轨道几乎被完全占据,层间硫族元素原子的Pz轨道高度杂化,导致强的层依赖性和层间相互作用。例如,PtS2被预测具有0.25-1.6eV的层依赖性带隙,桥接了石墨烯和大多数具有大间隙的TMDs之间的带隙。此外,基于PtS2、PtSe2和PdSe2场效应晶体管(FET)的迁移率被证明至少达到200cm2V-1s-1大于大多数其它TMDs。此外,NTMDs具有很高的空气稳定性,例如,经过5个月的空气暴露后,PtSe2场效应管的性能几乎保持不变。特别地,PdS2和PdSe2具有新颖的折叠的五边形结构,表现出非常有趣的各向异性,这可能带来更多有趣的物理现象和应用。PtTe2和PdTe2是II型狄拉克费米子,为研究与拓扑相变和手性异常有关的新型传输提供了良好的平台。
【成果简介】
近日,华中科技大学翟天佑教授课题组对NTMDs的研究进展进行了综述汇总,并且以题为“RecentProgresson2DNoble-Transition-MetalDichalcogenides”发表在Adv.Funct.Mater.上。
【图文简介】
本文重点介绍PtS2,PtSe2,PdS2,PdSe2,PtTe2,andPdTe2等二维NTMDs的最新研究进展。首先对2DNTMDS的结构及其转变进行了简要的综述。然后,综述了近年来它们的制备方法的一些进展,包括机械剥离、化学气相沉积(CVD)、分子束外延(MBE),以及所制备的2DNTMDs作为场效应晶体管、光电探测器、催化和传感器的高性能候选材料的性能。最后,回顾了这些新兴的2DNTMDS存在的挑战和未来的前景。
图1二维NTMDs的晶体结构
图2二维NTMDs的各向异性光学和振动特性
图3二维NTMDs的相转变
图4二维NTMDs的电子结构
图5二维NTMDs的单晶生长和机械剥落
图6二维NTMDs的化学气相沉积
图8二维NTMDs场效应晶体管
图9二维NTMDs光电探测器
图10二维NTMDs催化
图11二维NTMDs传感器
【小结】
近年来,新兴的具有丰富的d轨道电子的2DNTMDs,表现出值得注意的本征性质,如极强的层间电子杂化,褶皱的五边形结构,多样的相转变,以及超高的迁移率和空气稳定性。本文综述了2DNTMDs近年来的研究进展,包括结构表征(晶体结构、电子结构、光学振动和多种相转变)、制备方法(CVD和机械剥离)以及潜在的应用(场效应晶体管、光电探测器、催化和传感器),这表明它们的多用途和可调制的特性,以及在下一代纳米电子学中的广泛应用。然而,尽管2DNTMDs的发展非常迅速,但它目前仍然处于起步阶段并存在许多挑战。文中列出了研究者对这个蓬勃发展的领域中的关键挑战和一些潜在研究方向的看法,具体如下:
翟天佑,华中科技大学二级教授,材料成形与模具技术国家重点实验室副主任,国家杰出青年基金获得者,科技部中青年科技创新领军人才,全球高被引科学家,英国皇家化学会会士,国家优秀青年基金获得者,湖北省创新群体负责人,曾获国家自然科学二等奖,中国化学会青年化学奖和湖北青年五四奖章。