WS2混合結構

在WS₂混合結構中，原子摻雜是改變材料物理和化學特性的有效方法之一，如帶隙和光學特性。例如，Sasaki等研究人員證明了分別位於1.94和2.34 eV的激子吸收峰因摻入Nb而變寬。這表明WS₂單層中的激子對Nb摻雜是敏感的，因為不均勻的拓寬率增強。

摻雜原子可以直接取代晶格中的原子，也可以在晶格位點之間的空間形成間隙原子（如果摻雜物在尺寸、價位和配位方面匹配良好），這分別被稱為替代摻雜和間隙摻雜。

在替代摻雜的情況下，W和S可以分別被金屬原子和非金屬原子所替代。為了取代W原子，人們進行了大量的理論計算，研究可能的摻雜物。例如，Singh等人通過計算基於密度泛函理論的結合能，發現在W位點上替代性地摻入三維過渡金屬原子（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni）是可行的。此外，Onofrio等人使用DFT研究了具有大段週期表的WS2。

計算結果證明，摻入早期過渡金屬（TMs）會導致WS2的拉伸應變和帶隙的明顯減少。當d態填充到中期過渡金屬時，帶隙擴大，應變減少；當d態移動到晚期過渡金屬時，出現相反的趨勢。為了取代S原子，還通過理論計算研究了非金屬摻雜。Zhao等人研究了WS2單層中用V族（N、P和As）和VII族（F、Cl、Br和I）原子取代S原子的n型和p型摻雜的特性。

數值結果顯示了非金屬摻雜的潛力，並揭示了在富含W的實驗條件下將這些原子納入WS2是穩定的和能量有利的。其中，N原子表現出的形成能比其他原子最低。與替代摻雜相比，間隙摻雜相對艱難，因為理想的雜質原子應該有合適的尺寸，如H和Li。

基於大量的理論研究，人們探索了各種合成方法來製造摻雜的WS₂混合結構。在一些典型的摻雜的WS₂混合結構合成方法：最常用的方法是CVD中的原位摻雜。例如，Gao等人使用WO₃和S作為前體，NbCl₅作為Nb摻雜劑，通過原位CVD方法製備了Nb摻雜的WS₂。當CVD爐的溫度達到900℃時，在超高純氬氣的氣氛中同時提供NbCl₅和S。此外，氣溶膠輔助化學氣相沉積（AACVD）被開發用於非揮發性前體。

例如，Murtaza等人報導了通過AACVD將包括W和Cr前體在內的總品質為0.2g的物質溶解在25mL的四氫呋喃（THF）中，在玻璃和鋼基底上沉積出了摻有Cr的WS₂薄膜。另一種氣相方法是化學氣相傳輸，它的生長溫度相對較低，單晶品質高，缺陷少。

例如，Dumcenco等人報導了通過化學蒸氣傳輸法，使用I₂作為傳輸劑生長的Au-摻雜的WS₂單晶，它擁有10毫米×5毫米的表面積和0.5毫米的厚度。此外，化學摻雜被認為是一種簡單的方法，通過將二維材料浸入摻雜劑溶液中就可以有效地摻雜。Yu等人通過簡單地將基底支撐的單層浸泡在某些酸溶液中，實現了單層和底層基底之間小陽離子的插層。

文章來源：Sun, CB., Zhong, YW., Fu, WJ. et al. 二硫化鎢納米材料用於能源轉換和儲存。Tungsten 2，109-133（2020）。

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