在二维材料的制备过程中，基底材料起到非常关键的作用，通过对反应条件的控制，能够实现材料各种性质的调控。南方科技大学程春等报道了通过在m-石英基底上生长单层WS₂材料，并控制材料的生长方向、能带结构、维度等参数。得到的WS₂材料在m-SiO₂上生长和在蓝宝石（c-sapphire）基底上得到的结果有明显区别。由于热扩散作用，生成的单层WS₂具有沿着晶体生长的作用，当应力超过0.5 %，能带会由直接带隙转变为非直接带隙。此外，由于m-SiO₂具有各向异相的扩散能垒，WS₂的生长通常只能通过单轴模式进行。通过调控生长过程参数，WS₂的维度能够在1D 纳米带和2D纳米三角结构之间变化。

本文要点：

(1）将m-SiO₂沿着[0001]或者[1-100]切为长方形，并使用WO₃和NaCl作为钨源，S作为硫源，在Ar/H₂气氛中的850 ℃中加热30 min。

       对WS₂在m-SiO₂上的对其生长进行讨论。NaCl在WS₂生长过程中起到关键性作用，反应过程中WO₃首先转变为WO_xCl_y，随后当S更多的时候，WO_xCl_y转变为WS₂。通过SEM，作者发现WS₂沿着[0001]方向生长。

(2）对方向性生长机理进行探索。计算发现WS₂和石英的晶格失配为1.1 %（沿[11-20]晶面），0.9 %（沿[0001]晶面）。由于这种晶格适配性较高，因此WS₂能够沿着晶格方向生长。并且由于晶格具有少量的失配，造成了一定的应力，通过不同温度的荧光测试，验证了这种应力的存在（应力随温度的提高而降低）。作者发现应力改变能够调节WS₂材料的能带结构（在~200 K左右，应力大约为0.5 %，并实现了直接/间接能带的改变）。此外，通过调节生长过程能够实现二维到一维结构的调控，并且一维结构的WS₂展现了更多的暴露边界，因此可能在电催化反应中产生比较好的应用前景。

参考文献

Jingwei Wang, Yi Luo, Xiangbin Cai, Run Shi, Weijun Wang, Tianran Li, Zefei Wu, Xian Zhang, Ouwen Peng, Abbas Amini, Chunmei Tang, Kai Liu, Ning Wang, Chun Cheng*

Multiple Regulation over Growth Direction, Band Structure, and Dimension of Monolayer WS₂ by a Quartz Substrate

Chem. Mater. 2020, 32, 6, 2508-2517. 

DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b05124

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.9b05124