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原位研究具有垂直排列層和高溫穩(wěn)定性的二維WS2的受控生長(zhǎng)
層狀過(guò)渡金屬二硫化物（LTMDs）由于其出色的物理和化學(xué)特性使其在光電、催化和復(fù)合材料等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，引起人們的廣泛關(guān)注。
LTMDs晶體上通常存在兩種類型的表面位點(diǎn)：在基面上的階地位點(diǎn)和在側(cè)表面上的邊緣位點(diǎn)。由于各向異性鍵合和使表面能小化的趨勢(shì)，LTMDs通常表現(xiàn)出水平取向的形態(tài)，以小的懸空鍵將基面暴露為終止表面。近，有研究已經(jīng)開(kāi)發(fā)出新的一類LTMDs，二維（2D）分子層垂直組裝以優(yōu)選暴露邊緣位點(diǎn)而不是階地位點(diǎn)。由于邊緣位點(diǎn)上暴露的懸空鍵的化學(xué)反應(yīng)性增強(qiáng)，垂直排列的LTMDs在許多重要的催化反應(yīng)（如加氫脫硫和析氫反應(yīng)（HER））中顯示出巨大的潛力，這些材料可能是HER等反應(yīng)中貴金屬催化劑（如Pt）的替代物。
為了獲得其優(yōu)異的性能，控制其生長(zhǎng)行為并了解其生長(zhǎng)機(jī)理至關(guān)重要。之前的研究更多致力于通過(guò)快速硫化Mo或W膜來(lái)制備垂直定向的LTMDs。但是，很少有報(bào)道通過(guò)前驅(qū)體分解來(lái)控制垂直排列的LTMDs的生長(zhǎng)。此外，也很少有研究集中在垂直排列的LTMDs的生長(zhǎng)機(jī)理和高溫穩(wěn)定性上。
近日，來(lái)自華中科技大學(xué)的高義華團(tuán)隊(duì)張智課題組在Nano Energy上發(fā)表了題為“In situ TEM observation of controlled growth of two-dimensional WS2 with vertically aligned layers and high-temperature stability”的文章。該團(tuán)隊(duì)利用透射電子顯微鏡與DENSsolutions原位雙傾加熱/加電樣品系統(tǒng)結(jié)合，通過(guò)、穩(wěn)定控制體系溫度，在TEM中對(duì)固體前驅(qū)體K2WS4進(jìn)行原位加熱，觀察到了垂直排列的WS2層的后續(xù)結(jié)晶行為和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)垂直排列的WS2層的生長(zhǎng)采用混合生長(zhǎng)模式，且垂直排列的WS2層在900°C的高溫下，加熱3小時(shí)仍顯示出很高的穩(wěn)定性。另外，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，K元素在垂直排列的WS2的生長(zhǎng)和進(jìn)化中起著至關(guān)重要的作用。
作者整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程均在DENSsolutions原位雙傾加熱/加電樣品系統(tǒng)內(nèi)完成，通過(guò)程序升溫研究生長(zhǎng)過(guò)程，并在高達(dá)900℃下恒溫3小時(shí)研究生成物的高溫穩(wěn)定性。而穩(wěn)定的加熱控制，極低的漂移率保證了高分辨圖像的獲取。
該項(xiàng)研究為垂直排列的LTMDs材料的生長(zhǎng)機(jī)理提供了基本的依據(jù)，這有助于對(duì)具有優(yōu)化結(jié)構(gòu)的材料進(jìn)行定制設(shè)計(jì)和制造，以實(shí)現(xiàn)其優(yōu)異的性能。
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