科学家揭示了在化学气相沉积过程中2D物质是如何闪现的

从长远来看，描述最基本过程的科学研究往往具有最大的影响。莱斯大学工程师的一项新工作可能就是其中之一，它是一种用于纳米材料的气体。欧洲杯足球竞彩

大米材料理欧洲杯足球竞彩论家Boris Yakobson，研究生Lei Jincheng和Rice's Brown工程学院的校友Xie Yu揭示了一种流行的二维材料，二硫化钼(MoS)₂)，在化学气相沉积(CVD)过程中闪现。

了解这一过程的工作原理将为科学家和工程师提供一种优化MoS批量制造的方法₂以及其他有价值的材料，如过渡金属二卤族欧洲杯足球竞彩(TMDs)，半导体晶体，这是在下一代电子产品中找到家的好机会。

他们的研究发表在美国化学学会期刊ACS上纳米专注于金属氧化物半导体₂特别是当所有的固体成分都就位后，在CVD炉中会发生什么。CVD通常与石墨烯和碳纳米管有关，通过提供固体前驱体和催化剂，可以升华成气体并进行反应，已经被用来制造各种二维材料。欧洲杯足球竞彩化学反应决定了哪些分子会从气体中脱落，落在基片上，比如铜或硅，然后组装成二维晶体。

问题在于，一旦熔炉启动，就不可能实时看到或测量化学混合物中复杂的反应链。

“数以百计的实验室正在烹饪这些tmd，完全没有注意到在黑暗的烤箱中发生的复杂变化，”雅克布森说，他是卡尔·f·哈塞尔曼材料科学和纳米工程教授，同时也是化学教授。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球“在这里，我们使用量子化学模拟和分析来揭示在黑暗中有什么，导致合成。”

雅格布森的理论经常让实验学家们把他的预言变成现实。(例如，硼巴克球。)这一次，莱斯实验室测定了氧化钼(MoO_3.)和硫粉可以在表面沉积原子般薄的晶格。

简而言之，它需要三个步骤。首先，通过加热将固体升华为气体，其中包括雅可布森所说的“美丽的”环分子——三氧化二钼(Mo_3.O₉）．其次，含钼气体在高达4040华氏度的高温下与硫原子反应。第三，钼和硫分子落到地表，在那里结晶成千斤顶状的晶格，这是tmd的特征。

研究人员最感兴趣的是中间步骤。实验室的模拟显示，三种主要的气相反应物是制造金属氧化物的主要嫌疑人₂:硫，环似莫_3.O₉在硫存在下形成的分子，以及随后的MoS杂化₆这就形成了晶体，在这个过程中释放了多余的硫原子。

Lei说，分子动力学模拟显示了必须克服的激活障碍才能推动这一过程，通常在皮秒内进行。

“在我们的分子动力学模拟中，我们发现这个环是通过与硫的相互作用打开的，硫攻击与钼原子相连的氧，”他说。“这个环变成了一个链，与硫分子进一步的相互作用将这个链分离成硫化钼单体。最重要的部分是链断裂，它克服了最高的能量势垒。”

雷军说，这种认识可以帮助实验室简化这一过程。“如果我们能找到只有一个钼原子的前体分子，我们就不需要克服打破链的高障碍，”他说。

雅可布森说，这项研究可以应用于其他tmd。

“这些发现常常使经验式纳米工程成为一项基础科学指导的努力，可以预测和优化过程，”欧洲杯线上买球他说，虽然自上世纪90年代早期发现TMD富勒烯以来，这种化学物质已经广为人知，但了解其具体情况将进一步推动二维合成的发展。

“只有现在我们才能对所涉及的化学步骤进行‘排序’，”Yakobson说。“这将使我们能够提高2D材料的质量，并看到哪些气体副产品可能有用，并在途中捕获，为化学工程打开机会。”

能源部基础能源科学项目支持了这项研究，计算是在国家能源研究科学计算中心进行的欧洲杯线上买球。

来源:https://www.rice.edu/