本公众号经典文献系列供大家回味与查找，主页有相应的合集！本工作室建立了微信群促进同学们之间的交流学习并有效讨论问题，可通过添加编辑微信进群。1.编辑微信：1）FEtunan（微信号）2）186006489282.工作室提供：二维材料生长及器件制作；科研绘图技巧；二维相关报告或会议推送；二维读博导师推荐、课题组招聘需求等欢迎大家投递中文的工作宣传稿及广告，具体联系微信：FEtunan（微信号）二维过渡金属二硫化物（TMDs）的横向异质结构因其独特的电子和光学性质，在现代半导体器件中展现出巨大的应用潜力。这些性质主要源于其组件的空间分离和可调节的能带偏移。然而，要实现这些目标，必须精确控制异质结构的生长，包括晶格匹配和材料尺寸。特别是，域尺寸应在几十纳米甚至几纳米范围内，这对于能带调整和量子限制至关重要。尽管外延生长已被广泛用于设计各种横向异质结构，如MoS2-MoSe2、MoS2-WS2等，但由于TMDs的快速生长速率和气相源的定量控制困难，纳米级横向异质结构的制造仍然是一个巨大挑战。
本研究提出了一种基于内在晶界（GBs）的应变驱动机制，用于合成嵌入在MoSe2单层矩阵中的超长MoS2纳米通道。研究团队利用60°一维GBs作为催化剂，通过化学气相沉积（CVD）方法合成了这些纳米通道。具体步骤包括：
- MoSe2单层生长首先，在SiO2/Si基底上生长MoSe2单层，使用MoO3和Se粉末作为前驱体。
- MoS2纳米通道生长随后，将基底转移到另一个石英管中，使用MoO3和S粉末作为前驱体，在MoSe2单层上生长MoS2纳米通道。
通过第一性原理计算，研究揭示了GBs附近的应变场不仅促进了Se被S的替代，还驱动了MoS2通道从GBs向外的连贯扩展。这种应变驱动的生长机制也被证明适用于其他拓扑缺陷，如位错和点缺陷。
图1展示了MoS2纳米通道在MoSe2单层中的生长步骤示意图：(I) 生成具有内在4|8GBs的MoSe2单层；(II) 硫原子被吸附并在GBs处因应变而发生核化；(III) Se原子不断被S原子从GBs向附近区域替代，形成合金区域，随后生长由界面能主导；(IV) 形成具有尖锐界面的MoS2通道，并最终再次因应变拓宽通道。这一过程清晰地展示了应变驱动的生长机制，为理解纳米通道的形成提供了理论基础。
图2展示了嵌入在MoSe2矩阵中的直MoS2纳米通道的光学图像、SEM图像、相位场模拟结果以及ADF-STEM图像。光学图像显示了一个六角星形的MoSe2-MoS2异质结，这是由于三个同时生长的较大三角形MoSe2域碰撞形成的。SEM图像和相位场模拟进一步验证了这一形成机制。ADF-STEM图像显示了典型的直MoS2通道，宽度约为20nm，长度至少为600nm，具有比MoSe2矩阵更低的亮度，这是由于原子序数对比度造成的。高分辨率ADF-STEM图像揭示了直通道沿六边形晶格的锯齿形方向生长，并具有与MoSe2单层连贯结合的尖锐侧壁。
图3详细展示了直纳米通道的原子结构分析和应变分布。ADF-STEM图像显示了通道对面侧壁的不同晶格取向，每侧壁的S原子与MoSe2矩阵中的Mo原子无缝连接，形成连贯的横向界面结构。然而，对面侧壁之间存在60°的晶格取向差异，这是由通道中间区域的60°GB造成的。几何相位分析（GPA）绘制的应变场和旋转图显示，MoS2通道相对于周围的MoSe2矩阵呈现压缩εxx应变，尽管在GB处存在拉伸应变线。对于MoS2通道的大部分区域，计算的压缩应变在3.9±1.1%范围内，与MoS2-MoSe2的4.2%晶格失配相符。
图4展示了弯曲MoS2纳米通道的旋转图和结构分析。弯曲通道通常具有不均匀的宽度，范围从2到20nm。旋转图与GB的延伸趋势相符，表明通道的延伸方向受GB控制。高分辨率ADF-STEM图像显示了弯曲通道与周围MoSe2的阶梯状界面，这可能是由于其延伸方向不沿晶格的锯齿形方向造成的。尽管存在这种差异，弯曲通道的原子结构与直通道相似，表明两者具有相似的性质。此外，直通道和弯曲通道可以相互连接，进一步支持了它们的相似性。
图5通过反应步骤示意图、原子结构和能量分布图详细阐述了MoS2通道的生长机制。反应步骤包括Se被S的替代过程及其相对能量变化。原子结构模型展示了8|4|4|8GB及其周围的键应变分布。能量分布图显示了随着反应位点向GB移动，中间状态的相对能量ΔE显著降低，表明GB处具有更高的反应活性。这一发现支持了应变驱动的生长机制，即GB处的应变场降低了中间状态的能量，从而促进了Se被S的替代和MoS2通道的连贯扩展。
图6通过ADF-STEM图像展示了MoS2通道在不同生长阶段的原子结构变化。初始阶段，纯净的MoSe2单层中存在内在的60°GB。随着S的供应，GB处的部分Se原子被S原子替代，形成MoSe2-MoS2混合通道。随着反应的进行，MoSe2核心区域逐渐完全转变为MoS2，但界面附近仍存在合金结构。这些观察结果与理论计算结果一致，表明S替代反应始于GB并逐渐向体区域扩散，受GB引起的长程应变场引导。最终，MoS2通道以尖锐的异质界面结束生长，这是由于界面能最小化所致。
图7展示了MoS2纳米通道在氢析出反应（HER）中的催化性能。通过构建微电化学装置，研究团队精确考察了不同结构（包括自发应变的MoS2纳米通道、纯MoS2中的单个GB和基面）的HER性能。极化曲线和Tafel斜率图显示，尽管纯MoS2中的常见GB已表现出比基面更好的催化活性，但自发应变的纳米通道进一步提高了性能。统计数据基于数十个装置的结果，确认了自发应变在MoS2纳米通道中能够进一步改善GB的催化活性。
https://doi.org/10.1038/s41467-020-14521-8
10个月宝宝每天需要喝多少奶粉？
