合成可應用於半導體的二硫化鉬奈米帶

【奈米帶的邊緣部相較於中心的催化活性高約100倍】

日本多所大學及產業總合研究所的研究團隊於2025年1月宣布，成功將二硫化鉬（MoS₂）的極細結構（Nanoribbon，以下稱奈米帶）利用化學氣象沉積法（CVD法）使其於基板上高密度地成長。該二硫化鉬奈米帶顯現出其高觸媒活性，可被活用於電子遷移率高的半導體。

目前從水中產氫用的觸媒多使用鉑金，雖然其催化效果良好但價格昂貴，因此二氧化鉬等過渡金屬二流族化物作為鉑金的替代催化劑被廣泛關注。過渡金屬二流族化物厚度僅三個原子層且具出色的電學特性。團隊此次使用MoO₃和硫磺作為原料，利用化學氣象沉積法在1100℃的藍寶石基板上合成出有序排列且緊密的二硫化鉬奈米帶。使用電子顯微鏡發現這些結晶幾乎沒有缺陷，是單晶的MoS₂結構，且邊緣相對光滑。

研究團隊將這些有序排列的二硫化鉬奈米帶轉印到導電性石墨基板上，並測量其電化學催化活性。研究分析電流值後發現，二硫化鉬奈米帶的邊緣部催化活性特別高，比中心部的活性高出接近100倍。此外邊緣部單位面積的氫氣產生反應的活性也較高。

【作為次世代半導體通道的應用】

研究團隊進一步研究二硫化鉬奈米帶作為半導體材料的電氣特性，確認110奈米寬的電晶體可運作且電子遷移率高達44cm²/Vs。且將裝置冷卻至4.2K的極低溫後發現二硫化鉬奈米帶表現出被稱作庫倫鑽石（Coulomb Diamond）效應的多個量子點的特性，顯示其作為下一代半導體通道材料的應用潛力。

本次實驗除了二氧化鉬之外，研究團隊還成功製作了二硫化鉭（WS₂）的奈米帶，並成功合成了在MoS₂周圍結構化的WS₂異質結構奈米帶。

資料來源：MONOist（2025年1月10日）
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