金属所任文才团队Science：突破！耐水耐氧！CVD法制备高度稳定的层状二维MoSi2N4材料- 大数跨境

金属所任文才团队Science：突破！耐水耐氧！CVD法制备高度稳定的层状二维MoSi2N4材料

两江科技评论

2020-08-07

导读：Science最新动态！

二维材料引起人们越来越多的关注，因为它在单层尺度上出现了新的性质和潜在的应用。过渡金属碳化物和氮化物(TMCs和TMNs)是一类结合了陶瓷和金属性质的非层状材料。MAX（M是过渡金属，A是Al或Si，X是C和/或 N）相是单层MXenes的基础，是通过选择性刻蚀A层来合成的。这种材料具有亲水表面和高导电性，在储能、屏蔽电磁干扰、复合材料、传感器和催化等领域具有广阔的应用前景。

然而，化学蚀刻只能产生具有六边形结构的表面端缺陷薄片，其具体配方为Mn+1XnTx(其中Tx代表羟基、氧或氟)，在环境氧和水的存在下不稳定，表现出的力学性能不如理论值。一种最近发展起来的化学气相沉积(CVD)方法使高质量的原始无层二维TMC和TMN晶体具有不同的结构，如斜方Mo2C、六角形WC、立方TaC、六角形TaN。然而，由于表面能量的限制，这些非层状材料倾向于呈岛状而非层状生长，只能得到厚度只有几纳米、横向尺寸可达100毫米的非均匀二维晶体，大面积合成依然困难。

当沉积材料的表面能小于生长基底时，容易发生层生长。钝化表面能高的部位以促进层生长是促进TMC或TMN薄膜单层均匀生长的关键。

沈阳金属所任文才团队研究表明，引入硅能钝化二维氮化钼的表面悬垂键，并能使二维范德瓦尔斯(vdW)层状材料MoSi2N4的单层实现厘米级薄膜生长，它可以看成是MoN2层被两个Si-N双层膜夹住。测试表明，它是一种半导体(带隙~1.94 eV)，具有高强度(~66 GPa)和显著的稳定性。作者还用密度泛函理论计算预测了一大家族这样的单层结构二维层状材料，包括半导体、金属和磁性半金属。

相关结果以“Chemical vapor deposition of layered two-dimensional MoSi2N4 materials”发表在Science上。