WS2混合结构

在WS₂混合结构中，原子掺杂是改变材料物理和化学特性的有效方法之一，如带隙和光学特性。例如，Sasaki等研究人员证明了分别位于1.94和2.34 eV的激子吸收峰因掺入Nb而变宽。这表明WS₂单层中的激子对Nb掺杂是敏感的，因为不均匀的拓宽率增强。

掺杂原子可以直接取代晶格中的原子，也可以在晶格位点之间的空间形成间隙原子（如果掺杂物在尺寸、价位和配位方面匹配良好），这分别被称为替代掺杂和间隙掺杂。

在替代掺杂的情况下，W和S可以分别被金属原子和非金属原子所替代。为了取代W原子，人们进行了大量的理论计算，研究可能的掺杂物。例如，Singh等人通过计算基于密度泛函理论的结合能，发现在W位点上替代性地掺入三维过渡金属原子（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni）是可行的。此外，Onofrio等人使用DFT研究了具有大段周期表的WS2。

计算结果证明，掺入早期过渡金属（TMs）会导致WS2的拉伸应变和带隙的明显减少。当d态填充到中期过渡金属时，带隙扩大，应变减少；当d态移动到晚期过渡金属时，出现相反的趋势。为了取代S原子，还通过理论计算研究了非金属掺杂。Zhao等人研究了WS2单层中用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型掺杂的特性。

数值结果显示了非金属掺杂的潜力，并揭示了在富含W的实验条件下将这些原子纳入WS2是稳定的和能量有利的。其中，N原子表现出的形成能比其他原子最低。与替代掺杂相比，间隙掺杂相对艰难，因为理想的杂质原子应该有合适的尺寸，如H和Li。

基于大量的理论研究，人们探索了各种合成方法来制造掺杂的WS₂混合结构。在一些典型的掺杂的WS₂混合结构合成方法：最常用的方法是CVD中的原位掺杂。例如，Gao等人使用WO₃和S作为前体，NbCl₅作为Nb掺杂剂，通过原位CVD方法制备了Nb掺杂的WS₂。当CVD炉的温度达到900℃时，在超高纯氩气的气氛中同时提供NbCl₅和S。此外，气溶胶辅助化学气相沉积（AACVD）被开发用于非挥发性前体。

例如，Murtaza等人报道了通过AACVD将包括W和Cr前体在内的总质量为0.2g的物质溶解在25mL的四氢呋喃（THF）中，在玻璃和钢基底上沉积出了掺有Cr的WS₂薄膜。另一种气相方法是化学气相传输，它的生长温度相对较低，单晶质量高，缺陷少。

例如，Dumcenco等人报道了通过化学蒸气传输法，使用I₂作为传输剂生长的Au-掺杂的WS₂单晶，它拥有10毫米×5毫米的表面积和0.5毫米的厚度。此外，化学掺杂被认为是一种简单的方法，通过将二维材料浸入掺杂剂溶液中就可以有效地掺杂。Yu等人通过简单地将基底支撑的单层浸泡在某些酸溶液中，实现了单层和底层基底之间小阳离子的插层。

文章来源：Sun, CB., Zhong, YW., Fu, WJ. et al. 二硫化钨纳米材料用于能源转换和储存。Tungsten 2，109-133（2020）。

• < 上页
• 下页 >