二维过渡金属二硫化物（2D TMDs，例如MoS2、WS2、NbSe2）在过去十几年间得到了广泛关注。这类材料具有非凡的性质，包括原子薄层、强自旋轨道耦合、可调带隙、强烈的激子效应等，在电子、光子、能量转换、电催化、生物传感等领域引发了强烈的研究热潮。本期小丰整理了TMDs和其典型代表二硫化钨（WS2）的最新研究进展，一起看下吧~

Science: 多层菱方过渡金属硫族化合物单晶的界面外延

二维过渡金属二硫化物（TMDs）作为二维材料，在下一代电子集成电路和光子集成电路中显示出巨大潜力。其中，菱面层状（3R）TMDs因其优异的电流密度和高载流子迁移率成为研究热点。然而，生长大尺寸单晶3R-TMDs面临着表面外延生长的挑战，这限制了层数和堆垛相位的精确控制。

一种“晶格传质-界面外延”的外延策略，成功实现了晶片尺度、厚度可控的3R-TMD单晶的通用生长，包括二硫化钼（MoS2）、二硒化钼（MoSe2）、二硫化钨（WS2）、二硒化钨（WSe2）、二硫化铌（NbS2）、二硒化铌（NbSe2）和硫硒化钼（MoS2(1-x)Se2x）。向单晶Ni衬底和生长层之间的界面连续供给金属和硫族元素确保了一致的3R堆叠顺序，并将厚度控制在几层到15000层之间。综合表征证实了这些薄膜的大规模均匀性、高结晶度和相纯度，显著提升了场效应晶体管阵列的性能，包括高再现性和超越行业标准的载流子迁移率。对于双层和三层，生长的3R-MoS2在室温下分别表现出高达155和190 cm2 V–1 s–1的迁移率。在准相匹配条件下，用厚3R-MoS2产生的光学差频显示出显著增强的非线性响应（比单层高五个数量级）。

此外，厚3R-TMD通过差频发生过程实现了近红外波长转换和显著的非线性光学增强，展示出在片上集成2D晶体管和非线性光学器件方面的广泛应用潜力。这些成果有望推动3R-TMDs在后摩尔定律时代的纳米电子学、非挥发性存储器、神经形态计算、太阳能收集和量子光源等领域的前沿技术发展。

文献名称：Interfacial epitaxy of multilayer rhombohedral transition-metal dichalcogenide single crystals

Nature Communications：柔性WS2超结构工程用于阴离子交换膜水电解槽高效碱性析氢

采用非贵金属电催化剂的阴离子交换膜电解水是一种很有前途的可再生能源制氢技术。然而，这一技术在实际应用中仍然面临工业级大电流密度析氢反应界面处低速传质、催化析氢性能难稳定等挑战。针对这些挑战，2024年7月8日，Nature Communications ( IF 14.7 ) 报道了一种在工业级电流密度下的高效碱性HER策略，其中设计了一种柔性WS2超结构作为AEM水电解的阴极催化剂。

在该项工作中，研究人员基于力学和几何设计构建出分形互联的特殊弹性形变的WS2堆叠纳米片超结构，该超结构的特点是低杨氏模量纳米片之间无范德华键相互作用，以确保出色的机械柔韧性，以及纳米片的阶梯式边缘缺陷结构，以实现高催化活性和良好的反应界面微环境。利用催化材料的动态形变促进复杂多相流环境中的传质，实现了电解质的快速吸收和气泡的高效释放，在工业规模的电流密度下具有出色的长期稳定性。

在阴离子交换膜电解槽中运行时，作为阴极催化剂的WS2超结构具有优异的性能（η@1 A cm−2 = 1.70 V），经历1000小时反应后，在工业级大电流密度（1 A cm−2）下保持良好的电催化活性，衰减率仅为9.67 μV h−1。这项工作所展示的设计理念为能量转化器件的稳定运行提供了新思路，并进一步促进了WS2超结构在工业电解槽中的应用。

文献名称：Flexible tungsten disulfide superstructure engineering for efficient alkaline hydrogen evolution in anion exchange membrane water electrolysers

Journal of Energy Storage：合成具有时间依赖性的二硫化钨及其在超级电容器中的应用

近年来，二硫化钨（WS2）因其理论容量高、层间间距大、化学活性高等特点成为新兴的电极材料。水热法具有制备工艺简单、成本低的特点成为制备WS2的常用方法。然而实现具有明确形态和均匀尺寸的WS2纳米结构的合成仍然是一个重大的挑战。2024年5月3日，Journal of Energy Storage报道研究人员使用水热技术，合成了具有各种纳米结构的WS2，并讨论了合成时间对 WS2 纳米结构的影响。

在该项工作中，研究人员首先研究了水热处理6、12、24、36、48和72小时后得到的WS2的形貌。SEM结果表明，随着合成时间的延长，WS2的形态从体积较大的二维片状结构转变为具有许多类似花朵的纳米片球形结构，最终转变为表面光滑的一维棒状。其中，水热24 h 合成的 WS2 (WS–24) 与其他时间合成的 WS2 相比，表现出由大量纳米片组成的花状结构，而且在电化学表面积、电荷转移电阻、比电容和倍率能力方面表现出更加优异的电化学性能。这种优越性归因于其更大的表面积和高度有序的 2H-WS2 晶体结构。

研究人员将WS-24涂覆在柔性活性炭布基材上制成柔性电极，并与凝胶电解质组装柔性对称超级电容器。柔性超级电容器在 1 A g 电流下的比电容为 262.5 F g，能量密度为 23.6 Wh kg，功率密度为 802 W kg。 5000 次循环后，它还表现出 94.5% 的出色电容保持率和 86.4% 的库仑效率。该项研究中合成的WS2材料卓越的电化学性能展现出其作为高性能超级电容器电极的高效活性材料的巨大潜力。

文献名称：Time-dependent synthesis of tungsten disulfide for flexible supercapacitors

先丰纳米二硫化钨材料