- 文献综述（或调研报告）：
新型结构TMD二维材料纳米片
一，背景
作为最著名的二维材料，自从2004年机械剥离制备出单层石墨烯的开创性工作以来,石墨烯由于其优异的电学、机械、光学和热学等性能吸引了人们的广泛关注。石墨烯拥有高的载流子迁移率、较长的弛豫时间、弱的自旋-轨道超精细作用,使得石墨烯在自旋电子学应用方面成为一个理想的候选材料。然而,在完美的石墨烯中,每个碳原子跟相邻三个碳原子sp2杂化,贡献一个未成键电子,形成大pi;键,这样的结构导致它的本征抗磁性,限制它在自旋电子器件中的实际应用。传统的磁性材料与3d(或4f)内壳层电子没有被填满的过渡金属元素(例如铁、钴、镍等)有关。在石墨烯相关材料中也报道了磁性,由于其只有sp电子,有别于传统的磁性来源,引起了人们的广泛关注。在石墨烯晶格中引入缺陷被认为可以产生局域磁矩。这些缺陷包括局域拓扑扰动、空位、在石墨烯晶格中的非碳原子、混合sp2-sp3杂化、zigzag类边界等。然而,有报道氟化石墨烯和氧化石墨烯量子点表现出典型的顺磁性,而不存在铁磁性。如何在石墨烯及其衍生物中引入高浓度缺陷,形成铁磁有序对自旋电子学的应用相当重要。
且石墨烯是零带隙材料,其在半导体领域特别是光电子器件领域的应用受到了很大限制。研究发现以过渡金属二硫化物为代表的一些类石墨烯的二维材料同石墨烯有着类似的结构,同时存在大小不一的能带隙,使其在光电半导体器件领域有更为广阔的应用前景。
超薄二维层状过渡金属二硫化物纳米片由于其独特的性能和广泛的应用领域上的巨大潜力而备受关注。通过在原子尺度上它们固有结构的工程化，来制备新颖结构的TMD纳米片。到目前为止，许多新颖结构的TMD纳米片例如含空位的TMD，掺杂杂原子的TMD,TMD合金，, 1Trsquo;/1T相和面内TMD晶相异质结构,TMD异质结构和janus TMD纳米片。这些材料展示出了独特的性能，在电子/光电子，热电，催化，能量储存和转化以及生物医学等各种应用中具有广阔的前景。这篇综述着重于这些新结构的超薄2D分层TMD的制备，表征和应用中的最新重要发现。
层状过渡金属二卤化物由于其独特的性能和广阔的应用前景而引起了广泛的关注。通常，TMD材料以MX2的形式出现，其中M是中心过渡金属原子（IV,V,VI，VII，IX或X）X表示卤族原子（S,Se,Te）.取决于化学成分和结构组合，这些材料表现出各种特性，从半导体，例如（MoS2,WS2）到半金属（例如WTe2，TiSe2），金属（例如NbS2，VSe2）甚至超导（例如NbSe2,TaS2）此外，由于层之间的范德华相互作用较弱，因此层状TMD晶体可以被剥落到单层或几纳米，进而表现出与大块纳米片不同的物理与电子性能。到目前为止，已经开发出了多种方法来制备超薄二维的TMD，例如机械裂解剥离，化学嵌入与剥离，电化学锂的嵌入与剥离，超声辅助液体剥离，化学气相沉积（CVD），物理气相沉积（PVD），化学气相传输（CVT）和湿化学合成方法。
为了扩展其潜力并且扩展其应用，已在制备新型结构的TMD纳米片方面做出了巨大的努力，最初的工作重点是通过去除特定原子在TMD主干上产生缺陷。在TMD纳米片上可控的缺陷生成已使许多令人着迷的光学、电子特性成为可能，使其在光电器件中很有前景。随后，通过将杂原子加入到TMD晶格中来生成缺陷也引起了广泛的兴趣。掺杂原子的加入已显示出可改变TMD纳米片的性能以及在特定应用上的性能。最近人们投入了大量的精力来制造TMD合金与异质结构。由于TMD具有从半导体到超导的广泛特性，因此TMD合金和TMD异质结构的制备可以在很宽的范围内调整其带隙与电子性质。例如，MoS2单层具有三个晶相，即半导体2H（六角），金属1T（三角），和半金属1Trsquo;（单斜晶）。因此二维TMD纳米片中的局部相变可以在单层纳米片中实现不同特性的组合，为了调整其功能性提供了关于光电子与电子的应用极有希望的方法。新型结构TMD的制备取得了巨大的成就。使用这些新型结构的TMD材料也证明了很多新颖的器件，例如储能，电子，光子学，催化和生物医学应用。
在这篇综述中，我们重点介绍了在新型机构超薄二维TMD纳米片这一新兴且重要的研究领域中所取得的最新和重要的进展。首先，是TMD纳米片的新结构，包括含空位的TMD纳米片，掺杂杂原子的TMD纳米片，合金化的TMD纳米片，1T/1Trsquo;的TMD纳米片，TMD异质结构以及janus TMD。然后，将介绍这些新结构的TMD材料在电子/光电子，热电，催化，能量储存和转换以及在生物医学应用的最新应用。最后，我们在这篇综述中总结了一些个人见解，对这一快速发展的研究领域中的挑战和未来前景进行展望。
图一：最近出现的新颖结构的TMD纳米片的示意图
首先，MX2的结构骨干可以通过在M原子位点，X原子位点以及两个原子之间的位点。原子的新结构包括三个亚型：空位的产生（亚型1），掺杂的杂原子（亚型2）和合金化（亚型3）.第二，取决于M和X的配位大多数的TMD材料在具有不同的特性（亚型4）的不同的多晶型结构（例如2H,1T,1Trsquo;）。因此，对局部相进行工程设计可实现等电子单层内不同相的组合，即面内TMD晶体相异质结构。（亚型4），从而调节2维纳米片的性能。第三，可以通过将不同的TMD纳米片一起生长（亚型5）来实现2D垂直/横向异质结构。。。第四，其它有趣的结构，例如不对称结构的janus TMD纳米片（亚型6）。
