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二硫化钼表面空位缺陷与硫醇分子反应机理

二硫化钼(MoS2)是继石墨烯后国际上广泛关注的一种层状半导体材料,理论预测在10 nm沟道以下,相关材料的晶体管性能可以超过硅基器件,因此MoS2有望成为新一代继续延伸摩尔定律的新材料,是当前国际研发的热点。然而,MoS2在制备过程中不可避免地会引入大量的空位缺陷,这些缺陷对MoS2的光电子性质往往会带来负面影响。目前实验中广泛采用硫醇分子来修复MoS2中的空位缺陷,但对应的反应机理尚不清楚,并存在较大争议:一种解释认为硫醇分子填补了空缺,导致MoS2的迁移率与光吸收性能大幅度提升;另一种则认为硫醇分子对MoS2表面进行修饰,从而实现MoS2的表面功能化。


针对这些争议,东南大学王金兰教授(点击查看介绍)课题组基于原子尺度的理论计算发现MoS2中的缺陷可催化硫醇分子中S-H键的断裂,并存在两种竞争反应机制:一种趋向于S-C键的进一步断裂,进而起到修补缺陷的作用;另一种则形成Mo-S键,进而对MoS2表面修饰(图a所示)。王金兰教授课题组进一步发现,通过硫醇分子中官能团的修饰(如吸电子基团与给电子基团)以及温度的控制可以实现两种竞争反应的有效调控(图b所示)。这一研究首次阐明了通过有机分子表面修饰能否调控二维材料性质,并可推广到其他过渡金属硫化物,为二维材料物理性质的调节与表面功能化提供了可靠的理论依据。


这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,第一作者是东南大学物理学院的博士后李强,通讯作者为王金兰教授。该研究工作受到国家杰出青年基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金以及江苏省333高层次人才培养工程等项目的大力支持。


该论文作者为:Dr. Qiang Li, Yinghe Zhao, Chongyi Ling, Dr. Shijun Yuan, Dr. Qian Chen, Prof. Jinlan Wang

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Towards a Comprehensive Understanding of the Reaction Mechanisms Between Defective MoS2 and Thiol Molecules

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 10501, DOI: 10.1002/anie.201706038


导师介绍

王金兰

http://www.x-mol.com/university/faculty/31094


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