Synthesis of Two-dimensional Transition Metal Dichalcogenides with Chemical Vapor Deposition
Received date: 2015-03-24
Online published: 2015-06-02
Supported by
Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 21322303, 51372134), National Program for Thousand Young Talents of China, Tsinghua University Initiative Scientific Research Program and Tsinghua-Foxconn Nanotechnology Research Center Research Program.
Two-dimensional atomic crystals have recently drawn intense attentions due to their unique 2D planar structure, novel properties and attractive applications. In this review, we summarized the recent advances on the synthesis of 2D transition metal dichalcogenides (TMDCs) by chemical vapor deposition (CVD) with the emphasis on 2D MoS2 and WS2. We discussed the effects of various growth parameters on the synthesis of 2D MoS2 and WS2. We also covered the synthesis strategies for the growth of binary alloys and heterostructures based on MoX2 and WX2 (X＝S, Se). Finally, we discussed the challenges and opportunities for the CVD growth of 2D TMDCs.
Xu Guanchen , Lu Zhixing , Zhang Qi , Qiu Hailong , Jiao Liying . Synthesis of Two-dimensional Transition Metal Dichalcogenides with Chemical Vapor Deposition[J]. Acta Chimica Sinica, 2015 , 73(9) : 895 -901 . DOI: 10.6023/A15030203
[1] Butler, S. Z.; Hollen, S. M.; Cao, L. Y.; Cui, Y.; Gupta, J. A.; Gutierrez, H. R.; Heinz, T. F.; Hong, S. S.; Huang, J. X.; Ismach, A. F.; Johnston-Halperin, E.; Kuno, M.; Plashnitsa, V. V.; Robinson, R. D.; Ruoff, R. S.; Salahuddin, S.; Shan, J.; Shi, L.; Spencer, M. G.; Terrones, M.; Windl, W.; Goldberger, J. E. ACS Nano 2013, 7, 2898.
[2] Xu, M. S.; Liang, T.; Shi, M. M.; Chen, H. Z. Chem. Rev. 2013, 113, 3766.
[3] Chhowalla, M.; Shin, H. S.; Eda, G.; Li, L. J.; Loh, K. P.; Zhang, H. Nat. Chem. 2013, 5, 263.
[4] Huang, X.; Zeng, Z. Y.; Zhang, H. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 1934.
[5] Zhang, C. H.; Fu, L.; Zhang, Y. F.; Liu, Z. F. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 308. (张朝华, 付磊, 张艳锋, 刘忠范, 化学学报, 2013, 71, 308.)
[6] Shi, J. P.; Ma, D. L.; Zhang, Y. F.; Liu, Z. F. Acta Chim. Sinica. 2015, 73, 877. (史建平, 马冬林, 张艳锋, 刘忠范, 化学学报, 2015, 73, 877.)
[7] Li, H.; Wu, J. M. T.; Yin, Z. Y.; Zhang, H. Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1067.
[8] Wang, Q. H.; Kalantar-Zadeh, K.; Kis, A.; Coleman, J. N.; Strano, M. S. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 699.
[9] Radisavljevic, B.; Radenovic, A.; Brivio, J.; Giacometti, V.; Kis, A. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 147.
[10] Wang, H.; Yu, L. L.; Lee, Y. H.; Shi, Y. M.; Hsu, A.; Chin, M. L.; Li, L. J.; Dubey, M.; Kong, J.; Palacios, T. Nano Lett. 2012, 12, 4674.
[11] Pu, J.; Yomogida, Y.; Liu, K. K.; Li, L. J.; Iwasa, Y.; Takenobu, T. Nano Lett. 2012, 12, 4013.
[12] Lai, Z. P. Acta Phys. Sin. 2013, 62, 056801.
[13] Geim, A. K.; Grigorieva, I. V. Nature 2013, 499, 419.
[14] Goli, P.; Khan, J.; Wickramaratne, D.; Lake, R. K.; Balandin, A. A. Nano Lett. 2012, 12, 5941.
[15] Li, H.; Yin, Z. Y.; He, Q. Y.; Li, H.; Huang, X.; Lu, G.; Fam, D. W. H.; Tok, A. I. Y.; Zhang, Q.; Zhang, H. Small 2012, 8, 63.
[16] Zeng, Z. Y.; Yin, Z. Y.; Huang, X.; Li, H.; He, Q. Y.; Lu, G.; Boey, F.; Zhang, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11093.
[17] Coleman, J. N.; Lotya, M.; O'Neill, A.; Bergin, S. D.; King, P. J.; Khan, U.; Young, K.; Gaucher, A.; De, S.; Smith, R. J.; Shvets, I. V.; Arora, S. K.; Stanton, G.; Kim, H. Y.; Lee, K.; Kim, G. T.; Duesberg, G. S.; Hallam, T.; Boland, J. J.; Wang, J. J.; Donegan, J. F.; Grunlan, J. C.; Moriarty, G.; Shmeliov, A.; Nicholls, R. J.; Perkins, J. M.; Grieveson, E. M.; Theuwissen, K.; McComb, D. W.; Nellist, P. D.; Nicolosi, V. Science 2011, 331, 568.
[18] Peng, Y. Y.; Meng, Z. Y.; Zhong, C.; Lu, J.; Yu, W. C.; Jia, Y. B.; Qian, Y. T. Chem. Lett. 2001, 8, 772.
[19] Matte, H. S. S. R.; Gomathi, A.; Manna, A. K.; Late, D. J.; Datta, R.; Pati, S. K.; Rao, C. N. R. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4059.
[20] Tian, Y.; He, Y.; Shang, J.; Zhu, Y. F. Acta Chim. Sinica 2004, 62, 1807. (田野, 何俣, 尚静, 朱永法, 化学学报, 2004, 62, 1807.)
[21] Lee, Y. H.; Zhang, X. Q.; Zhang, W.; Chang, M. T.; Lin, C. T.; Chang, K. D.; Yu, Y. C.; Wang, J. T.; Chang, C. S.; Li, L. J.; Lin, T. W. Adv. Mater. 2012, 24, 2320.
[22] Shi, Y.; Zhou, W.; Lu, A. Y.; Fang, W.; Lee, Y. H.; Hsu, A. L.; Kim, S. M.; Kim, K. K.; Yang, H. Y.; Li, L. J.; Idrobo, J. C.; Kong, J. Nano Lett. 2012, 12, 2784.
[23] Zhan, Y.; Liu, Z.; Najmaei, S.; Ajayan, P. M.; Lou, J. Small 2012, 8, 966.
[24] Lee, Y. H.; Yu, L.; Wang, H.; Fang, W.; Ling, X.; Shi, Y.; Lin, C. T.; Huang, J. K.; Chang, M. T.; Chang, C. S.; Dresselhaus, M.; Palacios, T.; Li, L. J.; Kong, J. Nano Lett. 2013, 13, 1852.
[25] van der Zande, A. M.; Huang, P. Y.; Chenet, D. A.; Berkelbach, T. C.; You, Y.; Lee, G. H.; Heinz, T. F.; Reichman, D. R.; Muller, D. A.; Hone, J. C. Nat. Mater. 2013, 12, 554.
[26] Wang, X.; Feng, H.; Wu, Y.; Jiao, L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5304.
[27] Liu, J.; Zeng, Z.; Cao, X.; Lu, G.; Wang, L. H.; Fan, Q. L.; Huang, W.; Zhang, H. Small 2012, 8, 3517.
[28] Li, H.; Yin, Z.; He, Q.; Li, H.; Huang, X.; Lu, G.; Fam, D. W.; Tok, A. I.; Zhang, Q.; Zhang, H. Small 2012, 8, 63.
[29] He, Q.; Zeng, Z.; Yin, Z.; Li, H.; Wu, S.; Huang, X.; Zhang, H. Small 2012, 8, 2994.
[30] Zeng, Z.; Yin, Z.; Huang, X.; Li, H.; He, Q.; Lu, G.; Boey, F.; Zhang, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11093.
[31] Lin, Y. C.; Zhang, W.; Huang, J. K.; Liu, K. K.; Lee, Y. H.; Liang, C. T.; Chu, C. W.; Li, L. J. Nanoscale 2012, 4, 6637.
[32] Liu, K. K.; Zhang, W.; Lee, Y. H.; Lin, Y. C.; Chang, M. T.; Su, C. Y.; Chang, C. S.; Li, H.; Shi, Y.; Zhang, H.; Lai, C. S.; Li, L. J. Nano Lett. 2012, 12, 1538.
[33] Najmaei, S.; Liu, Z.; Zhou, W.; Zou, X.; Shi, G.; Lei, S.; Yakobson, B. I.; Idrobo, J. C.; Ajayan, P. M.; Lou, J. Nat. Mater. 2013, 12, 754.
[34] Ling, X.; Lee, Y. H.; Lin, Y.; Fang, W.; Yu, L.; Dresselhaus, M. S.; Kong, J. Nano Lett. 2014, 14, 464.
[35] Gutierrez, H. R.; Perea-Lopez, N.; Elias, A. L.; Berkdemir, A.; Wang, B.; Lv, R.; Lopez-Urias, F.; Crespi, V. H.; Terrones, H.; Terrones, M. Nano Lett. 2013, 13, 3447.
[36] Elias, A. L.; Perea-Lopez, N.; Castro-Beltran, A.; Berkdemir, A.; Lv, R. T.; Feng, S. M.; Long, A. D.; Hayashi, T.; Kim, Y. A.; Endo, M.; Gutierrez, H. R.; Pradhan, N. R.; Balicas, L.; Houk, T. E. M.; Lopez-Urias, F.; Terrones, H.; Terrones, M. ACS Nano 2013, 7, 5235.
[37] Zhang, Y.; Zhang, Y. F.; Ji, Q. Q.; Ju, J.; Yuan, H. T.; Shi, J. P.; Gao, T.; Ma, D. L.; Liu, M. X.; Chen, Y. B.; Song, X. J.; Hwang, H. Y.; Cui, Y.; Liu, Z. F. ACS Nano 2013, 7, 8963.
[38] Cong, C.; Shang, J.; Wu, X.; Cao, B.; Peimyoo, N.; Qiu, C.; Sun, L.; Yu, T. Adv. Opt. Mater. 2014, 2, 131.
[39] Peimyoo, N.; Shang, J.; Cong, C.; Shen, X.; Wu, X.; Yeow, E. K.; Yu, T. ACS Nano 2013, 7, 10985.
[40] Okada, M.; Sawazaki, T.; Watanabe, K.; Taniguch, T.; Hibino, H.; Shinohara, H.; Kitaura, R. ACS Nano 2014, 8, 8273.
[41] Komsa, H. P.; Krasheninnikov, A. V. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 3652.
[42] Kang, J.; Tongay, S.; Li, J.; Wu, J. J. Appl. Phys. 2013, 113, 143703.
[43] Li, H.; Duan, X.; Wu, X.; Zhuang, X.; Zhou, H.; Zhang, Q.; Zhu, X.; Hu, W.; Ren, P.; Guo, P.; Ma, L.; Fan, X.; Wang, X.; Xu, J.; Pan, A.; Duan, X. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 3756.
[44] Gong, Y.; Liu, Z.; Lupini, A. R.; Shi, G.; Lin, J.; Najmaei, S.; Lin, Z.; Elias, A. L.; Berkdemir, A.; You, G.; Terrones, H.; Terrones, M.; Vajtai, R.; Pantelides, S. T.; Pennycook, S. J.; Lou, J.; Zhou, W.; Ajayan, P. M. Nano Lett. 2014, 14, 442.
[45] Feng, Q.; Zhu, Y.; Hong, J.; Zhang, M.; Duan, W.; Mao, N.; Wu, J.; Xu, H.; Dong, F.; Lin, F.; Jin, C.; Wang, C.; Zhang, J.; Xie, L. Adv. Mater. 2014, 26, 2648.
[46] Mann, J.; Ma, Q.; Odenthal, P. M.; Isarraraz, M.; Le, D.; Preciado, E.; Barroso, D.; Yamaguchi, K.; von Son Palacio, G.; Nguyen, A.; Tran, T.; Wurch, M.; Nguyen, A.; Klee, V.; Bobek, S.; Sun, D.; Heinz, T. F.; Rahman, T. S.; Kawakami, R.; Bartels, L. Adv. Mater. 2014, 26, 1399.
[47] Su, S. H.; Hsu, Y. T.; Chang, Y. H.; Chiu, M. H.; Hsu, C. L.; Hsu, W. T.; Chang, W. H.; He, J. H.; Li, L. J. Small 2014, 10, 2589.
[48] Gong, Y.; Lin, J.; Wang, X.; Shi, G.; Lei, S.; Lin, Z.; Zou, X.; Ye, G.; Vajtai, R.; Yakobson, B. I.; Terrones, H.; Terrones, M.; Tay, B. K.; Lou, J.; Pantelides, S. T.; Liu, Z.; Zhou, W.; Ajayan, P. M. Nat. Mater. 2014, 13, 1135.
[49] Yu, Y.; Hu, S.; Su, L.; Huang, L.; Liu, Y.; Jin, Z.; Purezky, A. A.; Geohegan, D. B.; Kim, K. W.; Zhang, Y.; Cao, L. Nano Lett. 2015, 15, 486.
[50] Duan, X.; Wang, C.; Shaw, J. C.; Cheng, R.; Chen, Y.; Li, H.; Wu, X.; Tang, Y.; Zhang, Q.; Pan, A.; Jiang, J.; Yu, R.; Huang, Y.; Duan, X. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 1024.
[51] Zhang, X. Q.; Lin, C. H.; Tseng, Y. W.; Huang, K. H.; Lee, Y. H. Nano Lett. 2015, 15, 410.
/
| 〈 |
|
〉 |
