原位研究具有垂直排列层和高温稳定性的二维WS2的受控生长

    层状过渡金属二硫化物（LTMDs）由于其出色的物理和化学特性使其在光电、催化和复合材料等领域具有潜在的应用价值，引起人们的广泛关注。

    LTMDs晶体上通常存在两种类型的表面位点：在基面上的阶地位点和在侧表面上的边缘位点。由于各向异性键合和使表面能小化的趋势，LTMDs通常表现出水平取向的形态，以小的悬空键将基面暴露为终止表面。近，有研究已经开发出新的一类LTMDs，二维（2D）分子层垂直组装以优选暴露边缘位点而不是阶地位点。由于边缘位点上暴露的悬空键的化学反应性增强，垂直排列的LTMDs在许多重要的催化反应（如加氢脱硫和析氢反应（HER））中显示出巨大的潜力，这些材料可能是HER等反应中贵金属催化剂（如Pt）的替代物。 

    为了获得其优异的性能，控制其生长行为并了解其生长机理至关重要。之前的研究更多致力于通过快速硫化Mo或W膜来制备垂直定向的LTMDs。但是，很少有报道通过前驱体分解来控制垂直排列的LTMDs的生长。此外，也很少有研究集中在垂直排列的LTMDs的生长机理和高温稳定性上。

    近日，来自华中科技大学的高义华团队张智课题组在Nano Energy上发表了题为“In situ TEM observation of controlled growth of two-dimensional WS2 with vertically aligned layers and high-temperature stability”的文章。该团队利用透射电子显微镜与DENSsolutions原位双倾加热/加电样品系统结合，通过、稳定控制体系温度，在TEM中对固体前驱体K2WS4进行原位加热，观察到了垂直排列的WS2层的后续结晶行为和生长动力学，发现垂直排列的WS2层的生长采用混合生长模式，且垂直排列的WS2层在900°C的高温下，加热3小时仍显示出很高的稳定性。另外，根据实验结果和理论计算表明，K元素在垂直排列的WS2的生长和进化中起着至关重要的作用。

    作者整个实验过程均在DENSsolutions原位双倾加热/加电样品系统内完成，通过程序升温研究生长过程，并在高达900℃下恒温3小时研究生成物的高温稳定性。而稳定的加热控制，极低的漂移率保证了高分辨图像的获取。

    该项研究为垂直排列的LTMDs材料的生长机理提供了基本的依据，这有助于对具有优化结构的材料进行定制设计和制造，以实现其优异的性能。

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