《科学通报》
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北大张艳锋课题组在2D MTMDCs材料领域的工作和感悟
2021-05-17 12:47:00二维金属性过渡金属硫属化合物(MTMDCs)具有丰富独特的物理化学性质(例如超导、电荷密度波相变、磁性等)，已经成为凝聚态物理和材料科学领域关注的热点材料之一。这类材料的独特物理性质、优良的导电性和层状结构使得其在电子器件、能源存储与转换等领域具有广泛的应用前景。
为了促进基础物理研究和实现多样化应用，获得高质量的二维MTMDCs材料是先决条件。化学气相沉积(CVD)法可以兼顾大面积、大畴区、层厚可调和高晶体质量的制备需求，还能与目前的半导体工艺相兼容，因而受到人们的广泛关注。
近年来，北京大学张艳锋教授课题组在二维MTMDCs材料的可控制备、基本物性和应用探索方面取得了系列研究进展。基于CVD法，他们成功地获得了层厚为几个纳米、畴区尺寸达几十微米的1T-VS2、1T-VSe2纳米片，发现这两种材料是构建基于单层半导体性TMDCs材料场效应晶体管(FET)器件的理想电极材料(Nano Lett, 2017, 17: 4908; Adv Mater, 2017, 29: 1702359);与此同时，他们在金箔上首次制备出了厘米尺度均匀、高质量的少层TaS2和单层TaSe2薄膜，研究了它们的电荷密度波(CDW)相转变随层厚变化的特性(Nat Commun, 2017, 8: 958;Adv Mater, 2018, 30: 1804616);随后，他们实现了三维多孔金衬底上1T-TaS2垂直纳米片阵列的可控制备(Adv Mater, 2018, 30: 1705916)，以及高质量MTMDCs(TaS2、V5S8、NbS2)纳米片粉体的批量制备(J Am Chem Soc, 2019, 141: 18694)，并探索了其在电催化析氢方面的应用;此外，他们还成功地制备了大面积、高质量、环境稳定的NiTe2和VTe2单晶，并证明这两种材料均具有高导电性，在二维电子/光电子领域具有极高的应用前景(ACS Nano, 2020, 14: 9011; ACS Nano 2021, DOI: 10.1021/acsnano.0c10250)。
基于上述成果，张艳锋教授受邀在《科学通报》撰写评述文章，系统总结二维MTMDCs材料的CVD制备方法和新奇物理特性，以及其在场效应晶体管、电催化析氢应用中的研究进展。
在合成和物性研究方面，文章详细地介绍了二维MTMDCs纳米片、大面积层厚均匀薄膜、垂直取向纳米片阵列和纳米片粉体的制备方法，分析了两种典型的合成路径(一步制备法和两步制备法)对材料层厚、畴区尺寸和几何形貌的影响，以及每种方法的关键影响因素。此外，还简要介绍了二维MTMDCs材料的CDW相转变、超导和磁性等物理特性的研究进展和待解决的问题。
在应用研究方面，本文详细地总结了金属性-半导体性TMDCs横向异质结和垂直异质结的FET器件构筑和性能研究;以及MTMDCs电催化析氢活性的理论和实验研究。同时，指出了两个研究领域所面临的挑战和发展方向，并提供了可能的解决途径。
总之，二维MTMDCs材料具有丰富的物性、良好的导电性和催化性能，期待其在未来的器件和能源领域中发挥更大的作用。
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