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由于具有獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，基于二維材料的平面和垂直異質(zhì)結(jié)受到了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。作為目前此類(lèi)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(shè)備昂貴，不易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。相比之下，液相法可實(shí)現(xiàn)宏量制備，且與大面積薄膜工藝、打印技術(shù)兼容，然而在合成中有效控制異質(zhì)結(jié)的空間結(jié)構(gòu)仍然是一大難點(diǎn)。另一方面，與WS2等過(guò)渡族金屬二硫化物不同，以SnS2為代表的后過(guò)渡金屬硫化物目前不存在金屬相結(jié)構(gòu)，因而大大限制了利用晶相結(jié)構(gòu)調(diào)控這類(lèi)材料電學(xué)性質(zhì)的可行性。

近日，海外人才緩沖基地（先進(jìn)材料研究院）黃維院士和黃曉教授課題組與化學(xué)與分子工程學(xué)院王強(qiáng)教授課題組合作，首次通過(guò)液相法，以n型半導(dǎo)體1T-SnS2納米片為模板，通過(guò)晶相和成分調(diào)控在其上下表面外延生長(zhǎng)含有83%類(lèi)1T結(jié)構(gòu)的Sn0.5W0.5S2納米片后成功制備了Sn0.5W0.5S2/SnS2垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)。理論計(jì)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(zhì)。峰值力隧道電流顯微鏡測(cè)量進(jìn)一步證實(shí)Sn0.5W0.5S2與SnS2的界面間歐姆接觸的存在，這一結(jié)構(gòu)顯著降低了界面的接觸電阻，提高了材料的光響應(yīng)速度。同時(shí)，摻雜產(chǎn)物Sn0.5W0.5S2對(duì)丙酮分子的吸附能相較于本征SnS2提高了5倍，進(jìn)而結(jié)合層狀異質(zhì)組分間的有效電荷傳輸，使得基于Sn0.5W0.5S2/SnS2異質(zhì)結(jié)的丙酮?dú)怏w傳感器噪音僅為傳統(tǒng)SnS2傳感器的1/35，室溫下100 ppb的響應(yīng)值遠(yuǎn)優(yōu)于眾多同類(lèi)傳感器件。

該研究首次通過(guò)液相外延生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)層狀材料異質(zhì)結(jié)的成分與晶相調(diào)控，提高了材料的光電、表面化學(xué)性質(zhì)，從而拓展了層狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)在光電檢測(cè)與氣體傳感器方面的應(yīng)用。相關(guān)工作以“Realization of vertical metal semiconductor heterostructures via solution phase epitaxy” 為題發(fā)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(jìn)材料研究院）；審核：王建浦