邁進二維材料大門，請從這十篇綜述開始

bububu 5年前 (2018-04-07) 26949瀏覽

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自2004年單層石墨烯被發現以來，以其為代表的各類二維原子晶體材料由于具有豐富多樣的物理、化學性質，并且在電子器件、光電器件、催化和能源領域表現出廣闊的應用前景而受到研究人員的廣泛關注。近年來，針對二維納米材料的研究猶如雨后春筍般層出不窮，更是呈現出百花齊放、百家爭鳴的態勢。本文將分為以下五個方面，每個方面介紹2-3篇經典文獻，希望能夠借此起到拋磚引玉的作用，帶領讀者走進二維材料的世界。

1.石墨烯等單元素二維材料

3 nm厚石墨烯及其器件

單層石墨烯的發現打破了二維晶體無法在有限溫度下穩定存在的固有認知，其發現者Andre?Geim與Konstantin?Novoselov在2010年被授予諾貝爾物理學獎。二人于2004, 2005年發表的兩篇文章中利用機械剝離法獲得的二維石墨烯制備的電子器件在室溫下具有極高的載流子遷移率，同時，他們還對其它二維材料進行了簡要的介紹和總結[1-2]。可以說，這兩篇文章是對于二維材料領域初學者的入門級文獻。石墨烯優異的電學、光學、力學等性質也為其在凝聚態物理領域的研究提供了嶄新的結構基礎和材料基礎。與其類似的以單元素構成的其它二維材料如硅烯、鍺烯、硼烯、黑磷等也在近年來被陸續發現或合成，相信未來針對它們的研究必將為二維晶體材料開啟新的篇章[3]。

2.六方氮化硼

六方氮化硼結構

六方氮化硼具有類石墨烯的原子結構，為能帶~5?eV的寬帶隙材料。[3]這篇文獻對氮化硼納米管和納米片的結構、合成、性質和潛在應用進行了全面且詳細的介紹。對于二維氮化硼，[4]文中對其具有極高的化學穩定性，優異的力學強度和高熱導率分別進行了綜述。獨特的結構和性質使其在光電器件，功能化復合物，氫蓄電池等領域具有潛在應用。相信通過這篇文獻的學習，可以使讀者迅速地建立起對氮化硼系統且全面的認知。

3.過渡金屬硫族化合物

MoS₂場效應晶體管

過渡金屬硫族化合物是二維晶體材料家族中一個龐大的分支。這類材料又可分為以MoS₂為代表的半導體性材料和以TiSe₂為代表的金屬性材料兩類。半導體性材料多樣化的能帶結構及化學組成極大地彌補了石墨烯零能帶間隙的不足，迅速成為微納電子器件領域的新寵。而金屬性材料由于具有超導或電荷密度波相轉變行為也為凝聚態材料和物理領域注入了新鮮的血液[5]。Michael S. Strano等人于2012年對二維過渡金屬硫族化合物的合成（包括自上而下的機械剝離法、液體剝離法，自下而上的化學氣相沉積法等）、特殊的電子結構以及其在場效應器件、光電器件、柔性器件等領域的應用進行了系統的介紹和展望[6]。另一方面，Hua?Zhang等人于2013年發表的綜述則更加關注過渡金屬硫族化合物在能量轉換、能量存儲等能源領域的潛在應用[7]。總之，讀者朋友們若想走進二維過渡金屬硫族化合物的世界，這兩篇文獻可以起到敲門磚的作用。

4.主族金屬硫族化合物

主族金屬硫族化合物結構與性質關聯

在二維尺度下，主族金屬硫族化合物主要為以SnSe為代表的第IV主族金屬二價硫族化合物。這篇文獻將主族金屬硫族化合物的鐵電、熱電、超導、相變等相關性質進行了詳細的歸納和總結，并對其在太陽能電池、相變存儲器、紅外探測器等方面有潛在的應用前景進行了展望[8]。相較于上述幾種材料，主族金屬硫族化合物的研究才剛剛起步，許多新穎的物理和化學性質仍停留在理論階段，但相信隨著研究的深入，研究人員會逐漸揭開這類材料神秘的面紗。

5.合金及異質結構

二維材料合金及能帶調控

二維材料的合金化是調控其能帶結構的有力手段。這篇綜述全面地介紹了二維晶體合金的合成方法、表征手段、性能調控及其在場效應器件、光電器件和催化等領域的應用[9]。因此，相信二維晶體材料合金化將為二維材料的應用提供更多的可控性和可操作性，這篇文獻也是讀者了解二維合金的重要途徑。另外，通過物理或化學方法，實現的二維晶體材料異質結構的構筑，為研究二維尺度下表面和界面結構、電荷傳遞和轉移，甚至是復雜邏輯電路的構筑和集成提供了無限的機遇及可能[10]。這篇文獻中作者所展現出的對二維異質結構精確調控堪稱完美，對于想要了解二維異質結構的讀者，這篇文獻絕對不能錯過。

綜上，本文從五個方面將二維材料進行了歸納和介紹，希望對廣大讀者朋友們有所幫助。

參考文獻

1.Novoselov, K. S.et al.Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, 306,?666-669 (2004).

2.Novoselov, K. S.et al.Two-dimensional atomic crystals. Proc.?Natl. Acad. Sci., 102,?10451-10453 (2005).

3.Xu, M., Liang, T., Shi, M. & Chen, H. Graphene-like two-dimensional materials. Chem. Rev., 113,3766-3798 (2013).

4.Golberg, D. et al.?Boron nitride nanotubes and nanosheets.?ACS Nano, 4, 2979-2993 (2010).

5.Butler, S. Z.et al.Progress, Challenges, and Opportunities in Two-Dimensional Materials Beyond Graphene. ACS Nano, 7,?2898-2926 (2013).

6.Wang, Q. H., Kalantar-Zadeh, K., Kis, A., Coleman, J. N. & Strano, M. S. Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides. Nature Nanotechnol., 7,699-712 (2012).

7.Chhowalla, M.et al.The chemistry of two-dimensional layered transition metal dichalcogenide nanosheets. Nature Chem., 5,?263-275 (2013).

8.Kooi, B. J. & Noheda, B. Ferroelectric chalcogenides-materials at the edge. Science, 353,221-222 (2016).

9.Xie, L. M. Two-dimensional transition metal dichalcogenide alloys: preparation, characterization and applications. Nanoscale, 7,18392-18401 (2015).

10.Sahoo, P. K., Memaran, S., Xin, Y., Balicas, L. & Gutierrez, H. R. One-pot growth of two-dimensional lateral heterostructures via sequential edge-epitaxy. Nature, 553,63-67 (2018).