由于具有独特的光学和电学性质，基于二维材料的平面和垂直异质结受到了科学家的广泛关注。作为目前此类材料的主要制备方法，固相法虽然可以精确控制各层的空间排序以及沉积顺序，但设备昂贵，不易实现大规模生产。相比之下，液相法可实现宏量制备，且与大面积薄膜工艺、打印技术兼容，然而在合成中有效控制异质结的空间结构仍然是一大难点。另一方面，与WS2等过渡族金属二硫化物不同，以SnS2为代表的后过渡金属硫化物目前不存在金属相结构，因而大大限制了利用晶相结构调控这类材料电学性质的可行性。
近日，南工海外人才缓冲基地（先进材料研究院）、中心柔性电子研究部黄维院士和黄晓教授课题组与化学与分子工程学院王强教授课题组合作，首次通过液相法，以n型半导体1T-SnS2纳米片为模板，通过晶相和成分调控在其上下表面外延生长含有83%类1T结构的Sn0.5W0.5S2纳米片后成功制备了Sn0.5W0.5S2/SnS2垂直异质结构。理论计算表明合金化引起Sn0.5W0.5S2中Sn和W之间的电荷重新分布，使其具有金属性质。峰值力隧道电流显微镜测量进一步证实Sn0.5W0.5S2与SnS2的界面间欧姆接触的存在，这一结构显著降低了界面的接触电阻，提高了材料的光响应速度。同时，掺杂产物Sn0.5W0.5S2对丙酮分子的吸附能相较于本征SnS2提高了5倍，进而结合层状异质组分间的有效电荷传输，使得基于Sn0.5W0.5S2/SnS2异质结的丙酮气体传感器噪音仅为传统SnS2传感器的1/35，室温下100 ppb的响应值远优于众多同类传感器件。
该研究首次通过液相外延生长实现层状材料异质结的成分与晶相调控，提高了材料的光电、表面化学性质，从而拓展了层状异质结构在光电检测与气体传感器方面的应用。相关工作以“Realization of vertical metal semiconductor heterostructures via solution phase epitaxy” 为题发表在Nature Communications上。我校博士研究生王晓珊和王志伟为该工作的第一作者。
转载自：海外人才缓冲基地（先进材料研究院）
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