研究背景

自从石墨烯被发现以来，二维层状材料因优异的光电性能一直是研究的热点，而二维非层状材料也因为其独特的物理和化学性质，在尺寸受限的情况下，引起了人们极大的研究兴趣。硫化铂作为最常见的铂族矿物之一，由于天然产物纯度较低或合成压力极高，并且 PtS 不能通过机械剥离其三维母体而变薄。与其他二维材料相比，PtS 作为物理现象研究平台的研究较少。目前还没有大面积均相合成路线的提出和发布。因此，单硫化铂(PtS)二维膜已成为拉曼光谱和 X 射线光电子能谱分析等基础性质研究以及器件探索的后起之秀。

针对 PtS 的形成机理不明晰和大面积均相合成路线的尚未提出，近日，济南大学逄金波-刘宏教授团队/南方科大杨烽团队/中科院深圳先进院王晓团队等报告了一种简单的金属硫化策略合成 4 英寸晶片尺度的 PtS 薄膜。增强的表征工具被用来彻底分析晶体结构、化学环境、振动模式和原子构型。此外，此外，通过理论计算绘制了 Pt-S 化合物的相图，表明在我们的合成条件下成功地形成了 PtS。相关研究工作以“A wafer-scale two-dimensional platinum monosulfide ultrathin film via metal sulfurization for high performance  photoelectronics”为题发表在英国皇家学会材料类期刊 Materials Advances (Mater. Adv. 2022, 3, 1497.)，并获选内封面(Mater. Adv. 2022, 3, 1308.)。

I) PtS 薄膜的合成、结构与基础表征

采用 CVD 法合成 PtS 薄膜，展示了 PtS 晶体原子透视图和基础表征，证明成功合成了 PtS 薄膜。

II) PtS薄膜的化学灵敏的高角度环形暗场扫描 TEM(HAADF-STEM)表征。

扫描透射电子显微镜图像显示了 PtS 的[001]和[021]取向的结构。

III) Pt-S化合物相图

IV) PtS 光电器件

PtS 薄膜光电探测器性能。

我们的简单金属硫化策略成功合成了 4 英寸晶圆尺度的均匀 PTS 薄膜。此外，原子分辨 STEM 成像和衍射模拟证实了纯相 PtS 的形成。此外，热力学计算的 Pt-S 化合物相图表明，在我们的实验条件下，除 PtS₂ 外，其他的 PtS 形成占主导地位。最终，基于 PtS 的光电探测器表现出优越的光响应和大的光电流产生。我们的方法可能有助于将 PtS 大面积集成到基于二维材料的范德华异质结构中，极大地提高了它们在电子和光电方面的应用。

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A wafer-scale two-dimensional platinum monosulfide ultrathin film via metal sulfurization for high performance photoelectronics
Jinbo Pang*(逄金波，济南大学), Yanhao Wang, Xiaoxin Yang, Lei Zhang, Yufen Li, Yu Zhang, Jiali Yang, Feng Yang*(杨烽，南方科技大学), Xiao Wang*(王晓，中国科学院深圳先进技术研究院), Gianaurelio Cuniberti, Hong Liu, and Mark H. Rümmeli
Mater. Adv., 2022, 3, 1497–1505
http://doi.org/10.1039/D1MA00757B

刘宏 教授

济南大学

济南大学前沿交叉科学研究院院长，山东大学晶体材料国家重点实验室教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国硅酸盐学会晶体生长分会理事，中国光学学会材料专业委员会会员理事，中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事。主要研究方向：生物传感材料与器件、纳米能源材料、组织工程与干细胞分化、光电功能材料等。十年来，主持了包括十五、十一五、十二五 863、十三五国家重点研发项目和自然基金重大项目、自然基金重点项目在内的十余项国家级科研项目，取得了重要进展。2004 至今，在包括 Adv. Mater., Nano Letters, ACS Nano, J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater, Energy Environ. Sci.等学术期刊上发表 SCI 文章 300 余篇，其中，个人文章总被引次数超过 23000 次，H 因子为 72，其中 30 余篇文章被 Web of Science 的 ESI（Essential Science Indicators）选为 “过去十年高被引用论文”（Highly Cited Papers (last 10 years))，文章入选 2013 年中国百篇最具影响国际学术论文，2015 和 2019 年度进入英国皇家化学会期刊“Top 1% 高被引中国作者”榜单。2018 至 2021 连续四年被科睿唯安评选为“全球高被引科学家”。应邀在化学顶尖期刊 Chemical Society Review 和材料顶尖期刊 Advanced Materials和 Advanced Energy Materials上发表综述性学术论文，在国际上产生重要影响。授权专利 30 余项，研究成果已经在相关产业得到应用。2019 年获得山东省自然科学一等奖。

逄金波 副研究员

济南大学

济南大学前沿交叉科学研究院，副研究员，硕士生导师（化学专业，2022 年招生 1 名）。主要研究领域：二维材料的晶圆级可控合成和范德华异质结构筑及其在电子、光电子器件上的应用；碳纳米材料的电子、光电子学应用。主要研究成果：近年来在碳纳米管、石墨烯、过渡金属硫属化合物（二硒化钨）和贵金属硫属化合物（硫化铂、二硒化钯）等低维纳米材料的设计理论、关键合成、基础应用、信息器件等方面做出了较大贡献。以项目负责人承担国家自然科学基金、山东省自然科学基金和国家重点实验室开放基金等多项课题。在包括 Adv. Energy Mater.、InfoMat、Nano-Micro Lett.、ACS Energy Lett.、Nano Energy、ACS Nano、Nano Res.、Chem. Soc. Rev.、Appl. Energy、Adv. Opt. Mater.、Solar RRL、ACS Sens.等学术期刊上发表 SCI 文章 60 余篇，被引3041余次，H 因子为 26，获授权发明专利1项。

杨烽 教授

南方科技大学

南方科技大学化学系助理教授/PI，博士生导师，深圳市高层次专业领军人才。主要从事基于碳纳米管、团簇材料可控合成、组装和原位电镜催化动态研究。以第一/通讯作者在 Nature、Chem. Rev.、Acc. Chem. Res.、J. Am. Chem. Soc.、ACS Nano、Chem. Sci.、CCS Chem.等期刊发表论文，相关工作被美国化学会列为“2014 年度国际 Top10 化学研究”；已获中、日、美、欧专利授权 9 项。曾获得 2020 年度国家自然科学奖二等奖(2/5)和 2017 年度教育部自然科学奖一等奖(2/7)、Iijima 奖、中国博士后创新人才支持计划等。主持国家自然科学基金重大研究计划培育项目、青年科学基金、北京分子科学国家研究中心等项目。

王晓 副研究员

中国科学院深圳先进技术研究院

中国科学院青年创新促进会会员，深圳市孔雀计划 B 类人才。2015 年于北京大学化学与分子工程学院获得理学博士学位，毕业后受聘香港理工大学和韩国基础科学研究院多尺度碳材料中心开展博士后研究工作， 2019 年 8 月加入中国科学院深圳先进技术研究院。主要从事低维材料结构设计，性质预测及其调控，生长机制以及其在催化、能源应用中的微观机制研究等。目前承接广东省、深圳市重大科技项目，长期与国内外一流研究团队保持密切合作，其中，以第一作者/通讯作者身份发表在 Nature Communications，Journal of the American Chemical Society，Advanced Materials，Physical Review Letters，National Science Review，Chem 等国际顶尖期刊，共 17 篇。两项合作成果发表在 Nature（其中一篇入选 Chemical & Engineering News 2014 年度化学研究 Top 10 第五项），共发表论文 38 篇，引用超过 1600 次。