图1.1 MoS2的三维晶体结构

二硫化钼是被研究最多的一种过渡金属硫化物。二硫化钼的基本晶体结构已经有了50多年的研究历史。如图1.1所示，MoS2有着类似于石墨烯的二维层状结构，层与层之间互相堆叠形成块体材料[8]。每一层的厚度大约为0.65nm，层与层之间依靠范德华力相连接，这就有可能通过微机械剥离的方法获得单层或少层的MoS2薄片。每一层的MoS2由三层原子层组成，上下两层为硫原子，中间一层为钼原子，形成类似于“三明治”的夹心结构，钼原子与硫原子之间通过较强的共价键互相连接。如图1.2所示，MoS2有三种典型的晶体结构[9]：1T-MoS2、2H-MoS2、3R-MoS2。1T-MoS2单层中的Mo原子为八面体六配位，一个晶胞中包含一个S-Mo-S单元。2H-MoS2和3R-MoS2单层中的Mo原子均为三棱柱六配位，但不同的是，2H-MoS2一个单胞中包含两个S-Mo-S单元，而3R-MoS2一个单胞中包含三个S-Mo-S单元。1T-MoS2为金属性的亚稳相，2H-MoS2为半导体性的稳定相，因而2H-MoS2在纳米电子器件和光电子器件领域有着诸多潜在的应在[10]。块体MoS2是一种间接带隙半导体，其带隙为1.29eV。如图1.3所示，MoS2价带顶位于第一布里渊区的点位置，而导带底则位于的中点位置，电子从价带顶跃迁到导带底时，不仅需要吸收光子，还需要吸收声子。在体材料MoS2的点位置也有直接带隙，但是存在激子吸收，且点处价带顶存在自旋轨道劈裂，因此有A、B两个激子吸收，不存在光学特征吸收峰[11]。

1.1.3 二硫化钼的拉曼光谱特性

拉曼光谱是一种有力的非破坏性表征手段，常常可以用来表征MoS2的结构类型，准确判断其薄片层数。块体2H-MoS2有四种一阶拉曼活性模式：E1g(286cm-1)、E2g(383cm)、)，如图1.4(a)所示，但我们一般能够观察到的只有E2g和A1g模式模式由2个硫原子与中间夹的Mo原子在平面内做反向振动引起，主要受层间Mo原子的长程库伦相互作用影响；而A1g模式由硫原子平面外的反向振动引起，对表面吸附和电子掺杂很敏感。如图1.4(b)所示，当激光波长为532nm时，随着二硫化钼层数的降低，E2g模式逐渐蓝移，与此相反，A1g模式则发生红移。根据这种特性，我们可以用来鉴别二硫化钼的层数[13]。

1.1.4 二硫化钼的应用

二硫化钼由于其特殊的晶体结构与能带结构，具有许多独特的物理化学性质，因而在润滑[13]、储能器件[14]、催化[15]、超导[16]等领域具有极大的应用优势。

（1）在润滑剂领域的应用随着工业社会的发展，润滑剂在汽车、空间技术、航空航天领域得到非常广泛的应用。

二硫化钼作为一种传统的润滑材料已经被广泛应用到润滑行业中，2H-MoS2作为一种典型的层状结构，夹心层的上层硫原子的孤对电子恰好延伸进上一夹心层的下层硫原子群组成的带负电空穴区，反之亦然。所以2H-MoS2由于静电排斥作用而容易剪切，导致其具有优异的润滑作用。

（2）在储能器件上的应用二硫化钼的层间距提供了一个插入不同客体物质（例如锂离子）的有力途径。对于块状MoS2用作锂离子电池的电极材料已经有了很多的研究，因为锂离子可以轻易的在其中嵌入和脱嵌[17]。但是，二硫化钼的锂化相很不稳定，会导致材料发生结构相变。而且，其相对较低的平均电压和能量密度限制了其作为电极材料的潜力。相反，二硫化钼剥离后的纳米薄片作为锂离子电池的正极材料具有很强的吸引力，与块体材料的材料不稳定相比，MoS2纳米薄片松散的堆叠在一起，能够承受一定程度的结构变化。 钽掺杂二硫化钼二维晶体的固相制备及其电学性质研究(2):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205297.html