1.1.3　过渡金属硫族化合物

过渡金属二硫族化合物（TMDC）的基本化学式为MX₂，其中M为VB族元素（V、Nb、Ta等）或VIB族元素（Mo、W等），X为硫族元素（S、Se、Te等）。早在20世纪80年代，加拿大西蒙菲莎大学（Simon Fraser University）的祖安臣（PerJoensen）等人就通过锂插层法剥离出半导体性的单层Mo。2004年之后，随着石墨烯研究的兴起，科学家也重新开始对TMDC进行研究。

单层TMDC具有典型的三明治结构，M层夹于两层硫族原子X之间，每个M原子与最近邻的X原子通过配位共价键结合，且常位于最近邻X原子构成的空间结构的中心^［53］。图1.7为单层MoS₂的原子结构示意图，每个Mo原子同最近邻的六个S原子形成配位共价键。当Mo原子位于S原子构成的三菱柱中心时，MoS₂为稳定的H相，H相堆垛可形成2H-MoS₂和3R-MoS₂，前者按AA'顺序堆垛，后者按ABC顺序堆垛。当Mo原子位于三角菱柱中心时，MoS₂为亚稳定的T相，T相弛豫后也可演变成T'相。

图1.7　MoS₂原子结构示意图^［53］

TMDC可以表现出许多不同的性质，这取决于过渡金属和硫族元素的组合以及金属原子的配位态及氧化态。它们的电学性质各式各样，包括金属性、半金属性和半导体性。例如，1T-MoS₂是金属性，而2H-MoS₂是一种天然的半导体，且禁带宽度随其层数变化而变化。当2H-MoS₂由块体材料减薄成单层时，其禁带宽度从1.29eV增加到1.90eV^［54］，仍与硅基材料（1.1eV）相当，因此，单层TMDC有望取代传统硅基材料成为电子元器件的基本构筑材料。