Chem. Rev.: 二维过渡金属二卤化物的研究进展与展望

雨辰

2020-09-24

自2004年在石墨烯中发现双极性电场效应之后，研究人员揭示了这种材料的许多其他特殊且具有潜在技术意义的特性，包括其独特的电子结构，高电子迁移率，高导热性和光学透明度。受石墨烯领域令人瞩目的研究进展启发，学者们开始寻找其他2D材料，以作为研究新物理和化学现象的平台。通过对过渡金属双卤化物(TMDs)、六方氮化硼(h-BN)、硅烯、磷二烯、和其他2D石墨烯类似物的晶体的开创性报道和研究，2D材料领域迅速扩展。在过去的十年中，二维TMD的制备方法已从简单的大块剥离发展为涉及溶液和气相合成的自下而上的方法。MoS₂在被隔离为单个2D层时表现为直接带隙半导体的发现激发了人们对通过掺杂，静电门控，成分分级和异质结构形成而在2D TMD材料中进行能带工程的关注。二维TMDs的边缘位点和活化的基面已被证明对催化析氢反应(HER)具有高度活性。在2D TMDs家族中探索和开发的特性的多样性预示着未来对TMDs的研究，包括进一步的合成策略研究，以产生新的晶体形态、成分和维度。

有鉴于此，约翰·霍普金斯大学的Thomas J. Kempa等人，综述了过渡金属二卤化物(TMD)领域的研究进展和未来的研究重点。主要关注于制备和分析TMD晶体的需求领域，包括二维以外的维度和形态。开发新的合成方法以控制低维TMD晶体的关键结构特征（例如，维数，形态和相）将为这种材料提供更多突破性的性能。

本文要点

1）首先简要概述了二维TMD研究的发展，讨论了制备这些材料的合成方法以及它们所具有的多种性质。重点讨论了与零维和一维TMD晶体(通常称为TMD纳米带)相关的最新进展。然后介绍了为制备此类2D晶体而开发的合成策略，并重点介绍其独特的物理和化学性质。在回顾了表征TMD材料可用的分析工具后，确定了未来分析仪器的需求。最后，讨论了二维TMD晶体在光电、催化和量子信息学等领域的应用前景。

2）尽管纳米级宽、原子级薄的一维晶体的制备、操作和研究面临许多挑战，但在这些二维TMDs之外所特有的机械、磁性、电子和光学现象非常值得进一步研究。未来对二维材料以外的研究可以建立在光电、能源科学和量子信息科学的大量研究基础上，这些研究迄今为止都集中在2D TMDs上。

3）一维TMD具有独特的特征，例如，边缘态对材料响应的贡献、提供新的应变/缺陷模式的机械性能。利用原子控制边缘和缺陷，实现电子主动和横向约束异质结，其中一些可以在一维晶体平台上完成，是实现TMDs在光子、电子和量子信息处理应用中的潜力的关键。

参考文献：

Tomojit Chowdhury et al. Progress and Prospects in Transition-Metal Dichalcogenide Research Beyond 2D. Chem. Rev., 2020.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00505

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00505