Nano Lett.：新型曲面二維材料：具有強光相互作用的新型核-殼異質結構——Au@MoS2

【引言】

隨著石墨烯的成功發現，二維（2D）過渡金屬二硫族化合物（TMDs）在光電子器件、傳感器、場效應晶體管等領域的廣泛應用中引起了科研人員極大的研究興趣。此類材料中的MoS₂納米片由于其優越的光學和電子性質而具有特別的應用前景。

【成果簡介】

近日，美國西北大學的李淵（第一作者），陳新奇（通訊作者），Vinayak P. Dravid（通訊作者）（任美國西北大學原子及納米尺度結構分析中心主任）等研究人員基于平面二維材料的廣泛研究，提出曲面二維材料的研究思路，通過實現硫化鉬材料對金納米顆粒的無縫包覆，報道了一種新的核殼異質結構的合成，稱為Au@MoS₂，并在這些異質結構上觀察到了顯著增強的拉曼散射和光致發光現象。研究人員將該現象歸因于表面等離子激元誘導的電場作用，模擬顯示電場主要定位在MoS₂殼內，同時還發現了電荷轉移引起的MoS₂殼摻雜效應的潛在證據。DFT計算進一步揭示了MoS₂殼的結構曲率導致其電子結構的改變，有可能促進了從MoS₂到Au的電荷轉移。該研究發表于Nano Letters，題為“Au@MoS₂ Core–Shell Heterostructures with Strong Light–Matter Interactions”。

【圖文導讀】

圖1. CVD合成Au@MoS2核-殼異質結構

（a）核殼結構的示意圖。

（b，c）為在Au納米顆粒上生長MoS₂殼的CVD過程的示意圖。

（d）在Si襯底上的Au@MoS₂異質結構的SEM圖像。

（e-g）Au@MoS₂異質結構的TEM圖像和衍射圖案。

（h-k）Au@MoS₂異質結構的STEM和相應EDS圖。

圖2. Au@MoS₂異質結構的光譜表征

（a-c）Mo 3d（a），S 2p（b）和Au 4f（c）的XPS峰。

（d）在Si襯底上的Au@MoS₂異質結構和多層MoS₂薄片（具有與Au@MoS₂相當的厚度）的拉曼光譜和（e）光致發光光譜。

圖3. Au@MoS₂異質結構的場增強

（a）在硅襯底上生長的Au納米顆粒（1）和Au@MoS₂異質結構（2）的光學圖像。

（b）Au@MoS₂異質結構的實驗和模擬吸收光譜。

（c）異質結、Au納米顆粒和假想的MoS₂殼的模擬吸收光譜。

（d-f）顯示用于DDA建模的三個目標（部分）的3D圖像。

（g-i）分別為在Au納米粒子（g）、Au@MoS₂異質結（h）和假想的MoS₂殼（i）靶上的歸一化電場圖。

圖4. Au@MoS₂圖案制作

（a-b）“NU”Au@MoS₂圖案的SEM圖像。

（c-f）在一個Au@MoS₂圖案上的EDS元素映射（比例尺：10μm）。

（g-i）SEM圖像以及“NU”圖案（比例尺：20nm）中的Au@MoS₂異質結相應的EDS元素映射。

圖5. Au@MoS₂中表面等離子體激發的光物質相互作用

（a）在b的“NU”圖案的光學圖像中標記的不同位置處獲得的拉曼光譜。

（c）在“NU”圖案上產生的拉曼譜圖。

（d）在b的三個點上獲得的光致發光光譜。

（e）“NU”圖案的光致發光圖。

（f）結合之前的Au和MoS₂的能帶結構的示意圖。

（g）Au@MoS₂異質結構中重排的能帶結構。（b、c和e中的比例尺：10μm）

【小結】

該項研究已經完成了在Au納米粒子上直接無縫生長多層的類富勒烯曲面MoS₂殼，從而形成特殊的核殼Au@MoS₂異質結構。利用UV-vis、Raman和光致發光光譜等多種技術，對Au核的結構曲率和等離子效應所引起的光物質相互作用進行了全面的研究，研究人員推測觀察到的光致發光可能是場增強效應和摻雜效應的結合。Au@MoS₂核-殼異質結有望成為未來光電子器件如光電探測器和等離子體場效應晶體管的潛在材料。

文獻鏈接： Au@MoS₂ Core–Shell Heterostructures with Strong Light–Matter Interactions (Nano Letters 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03764)

課題組簡介：

美國西北大學材料學院Vinayak P. Dravid課題組，主要從事二維材料，原位顯微鏡技術，納微米尺度軟材料的研究。

在二維材料領域，課題組的主要貢獻在于對二維過渡金屬硫化物（TMD）生長機理的研究和對曲面二維材料的提出和開發。他們率先提出了曲面二維材料的概念，實現了其在納米顆粒表面的無縫生長，并發現這類曲面材料表現出獨特的光學和電學性質，已將其成功應用于等離子體增強光電傳感器中。

具體內容可參考課題組網站： http://vpd.ms.northwestern.edu/。

本文由材料人計算材料組Annay供稿，材料牛整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料測試、數據分析，上測試谷！