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《自然·通訊》報道黃維院士、黃曉教授課題組層狀材料異質結研究新成果
時間：2018-09-13
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作者：海外人才緩沖基地（先進材料研究院）
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由于具有獨特的光學和電學性質，基于二維材料的平面和垂直異質結受到了科學家的廣泛關注。作為目前此類材料的主要制備方法，固相法雖然可以精確控制各層的空間排序以及沉積順序，但設備昂貴，不易實現大規模生產。相比之下，液相法可實現宏量制備，且與大面積薄膜工藝、打印技術兼容，然而在合成中有效控制異質結的空間結構仍然是一大難點。另一方面，與WS2等過渡族金屬二硫化物不同，以SnS2為代表的后過渡金屬硫化物目前不存在金屬相結構，因而大大限制了利用晶相結構調控這類材料電學性質的可行性。
近日，海外人才緩沖基地（先進材料研究院）黃維院士和黃曉教授課題組與化學與分子工程學院王強教授課題組合作，首次通過液相法，以n型半導體1T-SnS2納米片為模板，通過晶相和成分調控在其上下表面外延生長含有83%類1T結構的Sn0.5W0.5S2納米片后成功制備了Sn0.5W0.5S2/SnS2垂直異質結構。理論計算表明合金化引起Sn0.5W0.5S2中Sn和W之間的電荷重新分布，使其具有金屬性質。峰值力隧道電流顯微鏡測量進一步證實Sn0.5W0.5S2與SnS2的界面間歐姆接觸的存在，這一結構顯著降低了界面的接觸電阻，提高了材料的光響應速度。同時，摻雜產物Sn0.5W0.5S2對丙酮分子的吸附能相較于本征SnS2提高了5倍，進而結合層狀異質組分間的有效電荷傳輸，使得基于Sn0.5W0.5S2/SnS2異質結的丙酮氣體傳感器噪音僅為傳統SnS2傳感器的1/35，室溫下100 ppb的響應值遠優于眾多同類傳感器件。
該研究首次通過液相外延生長實現層狀材料異質結的成分與晶相調控，提高了材料的光電、表面化學性質，從而拓展了層狀異質結構在光電檢測與氣體傳感器方面的應用。相關工作以“Realization of vertical metal semiconductor heterostructures via solution phase epitaxy” 為題發表在Nature Communications上。我校博士研究生王曉珊和王志偉為該工作的第一作者。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-06053-z
作者：海外人才緩沖基地（先進材料研究院）；審核：王建浦
