盐简化2D二硫化钼形成的过程

盐（NaCl）在2D二硫化钼的化学气相沉积生长中起到了中介作用，加快了其生成过程。莱斯大学的材料理论家发现NaCl和前体形成共晶，其熔化温度比它们中的任何一个都低。

来自莱斯大学实验室的材料理论家Boris Yakobson在其2018年的后续研究中展示了原因，该研究说明了NaCl是如何简化有用的二维二硫化钼（MoS₂）的创建过程的第一原理分析，可以能够对其进行更多的改进。

Yakobson和合作者Jincheng Lei, Yu Xie和 Alex Kutana等人进行的理论研究显示，为什么NaCl，特别是碘盐，倾向于通过模拟原子级能量降低被认为对开发MoS₂至关重要的化学气相沉积（CVD）炉中的反应温度。

（图片来源：Bedanga Sapkota /自然通讯）

NaCl是通过帮助跳过传统CVD生长中的几个步骤和跳过高能量障碍来提供更多的MoS₆，它被认为是二维MoS₂的必要前体。这项研究发表在《美国化学学会杂志》上，集中讨论了NaCl如何减少活化障碍以改善钼氧卤化物的硫化，钼氧卤化物是MoS₂结晶的气体原料。

MoS₂是一种以辉钼矿为名的天然化合物。此外，二维形式的MoS₂因其半导体特性而备受青睐，这为光电子、电子、自旋电子、催化和医疗应用等领域的发展带来了希望。然而，二维MoS₂仍然难以以商业数量制造。

最初，当新加坡、中国、日本和台湾的实验室利用NaCl来制作一个所谓的整合过渡金属和黄铜的二维材料“库”时，莱斯小组开展了研究。

相对而言，即使是理论上的良好功能的材料也是一个难题，从而促使他们求助于Yakobson实验室在材料建模方面的专业知识。他们的大量模型显示，虽然国际实验室利用氯盐来创建他们的材料库，但一般碘化物NaCl在加速MoS₂的合成方面更有优势。

（图片来源：Jincheng Lei/Yakobson研究小组）

快速和大规模的合成对于MoS₂的广泛应用是必不可少的。我们仔细研究了整个生长过程，希望能尽可能地优化它。结果发现，只要将氯化物改为碘化物，就可以在更低的生长温度下更快地合成2D二硫化钼。

当NaCl和前体结合形成共晶时就会发生这种情况，共晶是一种物质的混合物，在单一温度下熔化和凝固，与成分的熔点相比要低。

在盐辅助合成被证明能够使许多TMD（过渡金属二氯化物）化合物的生长比以前可能的要多，并显著改善了以前合成的化合物的生长条件之后，人们清楚地认识到这一过程有其特殊之处。

莱斯大学材料科学与纳米工程系的Bets补充说：“一些实验小组试图进一步调查，但监测生长条件下气相的分子组成并不是一项简单的任务。即使这样，你也无法看到全貌。”

“我们非常彻底，对Jincheng关于传统2D二硫化钼生长机制的工作进行了跟进。我们模拟了该过程的所有部分，从硫化到二维晶体生长。这种更加全面的方法得到了回报，” Bets补充说。

在模拟中，来自莱斯大学的研究小组能够直接观察到完整的硫化过程，因为在CVD条件下，一般前体MoO₂Cl₂中的氯原子和氧原子逐渐被硫取代。该实验室表示，共晶效应可能被认为是二维二氯化物单层CVD合成中的一种常见现象，因此值得继续研究。

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