香港城市大学李淑惠课题组《Acc. Mater. Res.》：二维材料中的精准化学 - 任意嫁接、移除和替换原子

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二维材料在电子、光学、能源、催化等领域具有广泛的应用前景，关于二维材料的研究在近十年来迅速地推动了纳米科学和技术的发展。由于二维材料在维度上的减少，比表面积大，和原子尺度的超薄特性，各种新颖的行为和特性出现了，但是在原子尺度上合成、制备和修饰二维材料仍然具有挑战性，因为很多从三维体材料发展而来的传统处理方法不再适用于 2D 材料。
针对这一难点，香港城市大学化学系（CityU CHEM）以及超金刚石薄膜研究中心(COSDAF)李淑惠（Thuc Hue Ly）研究小组在《Accounts of Materials Research》期刊上发表题为“Precision Chemistry in Two-Dimensional Materials: Adding, Removing, and Replacing the Atoms at Will”的评述文章。该文章提出，面对很多传统加工改性方法不再适用于原子层薄的二维材料这一难点，发展具有更高精度的精准化学具有重要意义。比如借助H原子在MoS₂上的空位具有较大的吸附能这个特点，可以通过等离子体辅助的气相沉积方法制备特殊的双面神二维材料；由于二维材料表面的应力状态不同，导致其响应外界化学环境的活性不同，这就给发展机械化学方法带来了机会，借助类似的方法，可以实现二维材料上的晶界，缺陷的可视化，同时也可以研究二维材料的裂纹产生和断裂机制。除此之外，还可以采用光化学的方法在二维材料的表面嫁接一些氧自由基，调控二维材料的载流子浓度和迁移率，这种改性还可以用激光辐照的方法修复如初。KCl这类盐也可以在二维材料的生长过程中起到催化的作用，基于一个气-液-原子-固的机制，可以打破Wulff构型规则，实现一些不寻常的特殊结构的制备。往更精准的层面，一些金属衬底上的原子台阶或者二维材料上的一些位错也可以在生长中诱导实现一些一维的纳米带的生长。这些精准化学的方法，除了可以带来各种构型迥异的材料结构，还可以达到改造材料性质和功能的作用，比如电子结构，导电类型，热导率，热电性能，非线性光学效应，引入磁性和提高催化性能等等。这篇评述论文，系统地归纳总结了精准化学的方法，结构和功能调控，我们相信精准化学的发展将会为二维材料开创出美好的未来。

图1一些通过精准化学方法得到的二维结构示意图。

图2 (a) 等离子体辅助的两步气相沉积方法；(b) 单层MoS₂，单层H-Mo-S双面神和单层Se-Mo-S双面神的三维原子结构示意图。

图3 (a) 在一定湿度条件下进行紫外光辐照处理后的MoS₂样品上产生的裂纹图案的扫描电镜图像；(b) 可逆的光化学处理方法示意图，包括在水汽氛围中进行紫外光辐照处理和激光辐照恢复过程。

图4 (a) KCl催化的MoS2纳米片的生长示意图；(b) 气-液-原子-固（VLAS）生长机理示意图。

图5 (a) 原子力显微镜图像显示出MoS₂纳米带沿着β-Ga₂O₃衬底上的原子台阶生长的演变过程；(b) KCl催化生长得到的尖刺形状MoS₂暗场光学照片。

图6 (a) 基于TiS₂的无机/有机超晶格的面内热电优值结果；(b) 双面神MoSSe和随机合金样品的角度相关的二次谐波信号强度比例结果。

这篇论文香港城市大学杨铁锋博士后为第一作者，香港城市大学李淑惠教授，香港理工大学赵炯教授和香港大学Lain Jong Li教授为该工作的共同通讯作者。这项工作由香港城市大学，国家自然科学基金, 香港研究资助局，深圳科技创新委员会等支持。

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李淑惠博士简介

李淑惠，香港城市大学化学系和材料系(兼)助理教授，超金刚石薄膜研究中心(COSDAF)核心成员。2015年于韩国成均馆大学毕业取得博士学位，师从Lee Young Hee教授。2015年至2017年在韩国基础科学研究所CINAP工作，2017年八月起就职于香港城市大学。李淑惠教授的研究领域是二维原子晶体材料的合成，缺陷和应用研究。已在相关领域发表40余篇重要文章，包括以第一或者通讯作者发表的JACS、Phys. Rev. Lett.、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nano Lett、 Adv. Sci.等。课题组主页:

https://scholars.cityu.edu.hk/en/persons/thuc-hue-ly(c46e09c4-6059-4f3f-b3b0-3b080e788482)/publications.html?page=0

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.1c00172

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