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，东南大学的王金兰教授（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

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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