近日，东南大学物理学院王金兰教授课题组在化学类顶级刊物Angewandte Chemie International Edition (影响因子11.99)上发表了一篇题为“Towards a comprehensive understanding of the reaction mechanisms between defective MoS2 and thiol molecules”（二硫化钼表面空位缺陷与硫醇分子的反应机制）的论文。这一工作深入揭示了硫醇分子与二硫化钼(MoS2)表面空位缺陷的两种竞争反应机制，成功阐释了众多实验现象和争议。
MoS2是继石墨烯后国际上广泛关注的一种层状半导体材料，理论预测在10nm沟道以下，其晶体管性能可以超过硅基器件，因此MoS2有望成为新一代继续延伸摩尔定律的新材料，是当前国际研发热点。然而，MoS2在制备过程中不可避免地会引入大量的空位缺陷，这些缺陷对MoS2光电子性质往往会带来负面影响。目前实验上广泛采用硫醇分子（thiol molecules）来修复MoS2中的空位缺陷，但对应的反应机理尚不清楚并存在较大争议：一种认为硫醇分子填补了空缺，导致MoS2的迁移率与光吸收性能的大幅提升；一种认为硫醇分子对MoS2表面进行了修饰，从而实现MoS2的表面功能化。
针对这些争议，王金兰教授课题组基于原子尺度的理论计算，发现MoS2中的缺陷可催化硫醇分子中S-H键的断裂，并存在两种竞争反应机制：一种趋向于S-C键的进一步断裂进而起到修补缺陷的作用；另外一种则形成Mo-S键进而对MoS2进行表面修饰（图a所示）。王金兰教授课题组进一步发现，通过硫醇分子中官能团的修饰（如吸电子基团与给电子基团）以及温度的控制可以实现两种竞争反应的有效调控（图b所示）。这一研究首次阐明了通过有机分子表面修饰能否调控二维材料性质，并可推广到其他过渡族硫化物，为二维材料物性调节与表面功能化提供了可靠的理论依据。
以上工作受到国家杰出青年基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金以及江苏省333高层次人才培养工程等项目资助。该工作的第一作者是东南大学物理学院博士后李强，王金兰教授为通讯作者。（李强）
论文链接为:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201706038/abstract