过渡金属硫化合物层间异质结构（例如MoS2/WS2）是一类II型半导体，其导带与价带分别位于不同的硫化合物上，进而可以有效实现电子-空穴对的有效分离。这种异质结构在光催化析氢方面具有潜在的应用价值。目前所报道的此类异质结构主要是通过机械剥离及逐层转移的方法进行构筑。然而，逐层转移的方法不能避免界面的污染问题。同时在不同硫化合物堆垛角度的精确控制、避免不同元素的互混，以及批量制备等方面存在极大的挑战。与此同时现有一步化学气相沉积方法所制备的过渡金属硫化合物层间异质结构中，不同元素之间极易发生互混和掺杂，因为无法获得本征的层间异质结构。
北京大学张艳锋研究员课题组基于前期在金属基底上硫化合物的可控制备和精确表征方面的系统研究工作（ACS Nano, 2014, 8, 10196; ACS Nano, 2015, 9, 4017; Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 842; Nano Res., 2015, 8, 2881; Adv. Mater., 2015, 27, 7086; Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1600459; Adv. Mater. Inter., 2016, 3, 1600332; ACS Nano, 2016, 10, 3461)，选用两步化学气相沉积的生长方法，通过生长温度和生长顺序的有效调控，在金箔基底上实现了MoS2/WS2和WS2/MoS2层间异质结构的选择性构筑。两步化学气相沉积方法的选择有效避免了不同过渡金属元素（Mo和W）之间的互混，直接获得了更加本征的、高质量的层间异质结构。高分辨透射电子显微镜表征（HR-TEM）结果显示，MoS2/WS2的异质结构中，A-A堆垛的形式占主导；WS2/MoS2的异质结构中，A-B堆垛的形式占优。更有趣的是，这两种不同堆垛顺序的异质结构在光催化析氢方面显示出了截然不同的效果。光照下MoS2/WS2的析氢效率比单一材料明显增强，而WS2/MoS2的析氢效率则明显降低。分析认为，II型半导体的能带结构决定了电子和空穴分别富集在MoS2和WS2上，当MoS2位于上层并与电解液接触时，可以提供充足的电子进而增强析氢效果。此外，利用两步化学气相沉积方法制备的MoS2/WS2和WS2/MoS2层间异质结构，层与层之间具有非常强的相互作用，在层间激子跃迁能和激子寿命探索方面具有潜在的研究价值。
MoS2/WS2和WS2/MoS2层间异质结构的生长示意图、扫描隧道显微谱及其光催化析氢极化曲线
该研究成果最近发表在《Advanced Materials》杂志上（Adv. Mater. 2016, 28, 10664），得到了科技部国家重点研发计划（2016YFA0200103）,国家自然科学基金委重大项目和面上项目（51290272, 51472008）等的资助。
该论文作者为：Jianping Shi, Rui Tong, Xiebo Zhou, Yue Gong, Zhepeng Zhang, Qingqing Ji, Yu Zhang, Qiyi Fang, Lin Gu, Xina Wang, Zhongfan Liu, Yanfeng Zhang
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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201603174/abstract
Temperature-Mediated Selective Growth of MoS2/WS2 and WS2/MoS2 Vertical Stacks on Au Foils for Direct Photocatalytic Applications
Adv. Mater., 2016, 28, 10664-10672, DOI: 10.1002/adma.201603174
张艳锋研究员简介
张艳锋，2005年7月中科院物理所凝聚态物理专业获博士学位。2006年10月至2009年09月在日本东北大学多元物质科学研究所做博士后研究，其间获得日本学术振兴会(JSPS）外国人特别研究员项目的资助。2010年04月受聘北京大学优秀青年人才计划（“百人计划”），加入北京大学工学院材料科学与工程系，任职研究员、博士生导师。
主要从事二维层状材料（金属量子薄膜、石墨烯、单原子层硫属化合物及其异质结构等）的可控制备、精密表征、量子效应以及其诱导的新奇物理化学特性的研究。在Science, Phys. Rev. Lett., Nat. Commun., Nano Lett., Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater.等杂志共发表学术论文100余篇。相关工作也获得了2005年度中国科学院杰出科技成就奖“薄膜/纳米结构的控制生长和量子操纵”集体(完成人之一)，2007年全国百篇优秀博士论文，2012年获得国家优秀青年科学基金的资助。2016年入选教育部长江学者奖励计划“青年项目”。
http://www.x-mol.com/university/faculty/18964