新研究以原子精度可视化超薄二维材料上的铂掺杂

一种流行的二维活性材料二硫化钼（MoS2）刚刚在原子水平上进行了铂升级。维也纳大学和维也纳理工大学的研究人员领导的一项研究将单个铂（Pt）原子嵌入超薄MoS2单层上，并首次以原子精度确定了它们在晶格中的确切位置。

这项发表在《纳米快报》杂志上的研究通过一种创新的方法实现了这一壮举，该方法将MoS2单层中的靶向缺陷产生、受控铂沉积和高对比度计算显微成像技术——ptychography相结合。

研究人员认为，这种超精确掺杂和映射的新策略为理解和设计2D系统中的原子尺度特征提供了新的途径。

2D单层MoS2是一种本征直接带隙半导体，由于其较大的表面积与体积比，引起了特别的关注，并被广泛用作下一代催化剂和气体传感器的活性成分。然而，它的潜力受到其平坦表面固有的化学惰性的限制，这大大限制了催化活性。

研究表明，材料工程策略，如替代掺杂——单个杂原子取代一个或多个晶格原子——可以是克服这一问题的一种简单有效的方法。这种材料设计技术在材料表面创建了活性中心，这些中心充当反应物结合的微小化学反应器，或者气体分子可以在预定位置对接。

元素周期表的一半以上已经证明了二硫化钼中硫（S）位点的取代，但原子尺度上对取代发生的位置和地点的确认仍然有限。

尽管理论预测强烈支持Pt替代作为创建催化活性位点和提高传感能力的手段，但掺杂Pt的MoS2的实验探索很少。

这项研究的研究人员启动了他们的三步过程，通过缺陷工程将Pt结合并映射到2D MoS2表面上。

他们用低能氦离子流照射材料表面，以原子空位的形式产生受控的微观缺陷，供Pt原子占据。

第二步是将Pt原子蒸发到样品上，填补产生的空位。下一步是检测兴奋剂的确切位置。

由于传统的显微技术往往无法区分不同类型的缺陷，研究人员选择了单边带成像（SSB），这是一种依赖于电子衍射图案的高分辨率和高对比度成像方法。

使用SSB，研究人员能够精确定位掺杂剂和碳等污染物。结果表明，Pt原子优先占据硫空位，超过80%的掺入原子位于V1S缺陷处，而其余原子则位于V2s（12%）和VMo（8%）位点。一旦掺入MoS2，Pt原子即使在室温下也表现出高稳定性。

这项研究成功地证明了在原子水平上设计材料的能力，为设计功能材料提供了新的途径。

由我们的作者Sanjukta Mondal为您撰写，由Sadie Harley编辑，由Robert Egan进行事实核查和审查——这篇文章是人类精心工作的结果。我们依靠像您这样的读者来保持独立科学新闻的活力。如果这份报告对你很重要，请考虑捐款（尤其是每月）。你会得到一个无广告的帐户作为感谢。p