從 1985 年發現的富勒烯， 到 1991 年發現的碳納米管，碳材料一直是科技創新的前沿領域。 自 2004 年英國曼徹斯特大學的兩位科學家首次用機械剝離法得到了單層或少層的新型二維原子晶體， 并為此命名為石墨烯以來， 在近 10 年的時間里，石墨烯因其優異的電學、光學、力學和電化學特性而備受人們青睞，現已在鋰離子電池、太陽能電池、傳感器等方面獲得應用，表現出極佳的性能。 盡管如此，本征的石墨烯不存在帶隙，這嚴重限制了其在電子及光電子器件方面的應用，即使經過化學改性獲得小的能帶間隙， 但都必須以犧牲其他性能為代價，這就促使人們去研究新的二維材料。 過渡金屬二硫化物（MoS2、WS2、TiS2等）、過渡金屬氧化物（TiO2等）以及與石墨類似的氮化硼等都是二維類石墨烯材料，其中以二維過渡金屬二硫化物最引人注目。

二維過渡金屬二硫屬化合物具有三明治結構，中間的夾心層由金屬原子（Mo,W,Nb,Re,Ni,V 等）以六邊形構成，上下兩層由硫簇原子（通常是 S,Se 和 Te），形成了大約 40 種不同的材料。 目前，二維金屬硫化物的制備方法有機械剝離法，電化學鋰離子插層剝離法， 超聲處理液相剝離法和化學氣相沉積生長法。 機械剝離法是最傳統的制備石墨烯的方法，也是獲得單層MoS2 最原始 、最簡單的方法 ,這種方法獲得的樣品缺陷少 ,可用于樣品基本物理性質的研究，但是樣品產量比較低，不適合大規模的生產。 在后來的研究工作中， 新加坡南洋理工大學Zhang 教授課題組研究發現通過電化學的方法準確控制 Li+在塊體材料層間的插入量， 發展出一種簡單合成單層二維類石墨烯結構納米材料的有效方法。 化學氣相沉積生長法主要是在高溫下通過 Mo 和 S 蒸氣反應，在襯底上生成 MoS2 薄膜。 通常將沉積有一層 Mo 薄膜的 SiO2基底和純硫粉分別置于管式爐的中央高溫區和邊緣低溫區，在氮氣氣氛下，先加熱到 500℃然后加熱到 750℃保持 10 min, 自然冷卻到室溫即可得到二維MoS2.

目前二維金屬硫化物的研究主要存在以下 4 個主要問題和挑戰：

（1）二維金屬硫化物的大尺寸可控合成還頗具挑戰性

化學剝離法在溶液中進行，在二維金屬硫化物復合材料的制備方面優勢明顯，但通常結晶質量不高，尺寸較小。 鋰離子插層剝離法可大量制備二維金屬硫化物，但也無法控制層數及尺寸。 化學氣相沉積法在二維金屬硫化物尺寸、層數及物理性質控制方面有優勢，是制備二維金屬硫化物電子及光電子器件的首選合成方法，但目前制備工藝也不成熟。

（2）二維金屬硫化物的物理性質的調控還尚待研究

二維金屬硫化物優異的電學、光學性質令人鼓舞，已有諸多報道證實它們在微電子及光電子器件方面的潛在應用前景，但目前研究還停留在對二維金屬硫化物性質的認知方面，如何有效調控其物理性質，使之服務于器件應用尚需大量的研究工作。

（3）類石墨烯金屬硫化物與石墨烯異質或復合材料的新奇特性尚待探索

二維金屬硫化物石墨烯異質結構的界面性質、 電學性質、光學性質等尚未見有系統的研究報道。 如何將石墨烯和二維金屬硫化物優異的性質相結合需要進一步的研究。 石墨烯與二維金屬硫化物的液相合成方法類似，這使大規模制備相關復合材料成為可能， 而目前關于石墨烯/二維金屬硫化物復合材料的研究報道也為數不多。

（4）二維金屬硫化物在鋰離子電池及超級電容器方面的應用值得期待

二維金屬硫化物獨特的結構特征使其在鋰離子電池及超級電容器方面有巨大的應用前景，大規模制備及三維結構的自組裝是電極應用的前提。 隨著二維金屬硫化物制備手段的提高和研究的不斷深入， 其在能量存儲方面的性能也將不斷提高，有望成為新一代的鋰離子電池及超級電容器的電極材料。

目前對于準二維金屬硫屬化合物類石墨烯結構材料的性質及應用研究僅掀起了冰山一角， 還需要科研工作者進一步發展新的化學合成方法并探索其反應機理， 以制備出形貌均一、層數一致、組成更多樣、單晶面積更大的準二維金屬硫屬化合物類石墨烯結構材料， 為深入研究這類結構的物性、 開展其功能應用工作奠定物質基礎。 綜上所述，對二維金屬硫化物在單原子層的尺度上進行材料的研究及性能調控，是繼石墨烯之后材料科學研究的又一大進步， 在未來 10 年將是材料學科研究的主流方向。

參考文獻：
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