1T'''-MoS2晶体的结构解析及其非线性光学研究

层状过渡金属二硫化物因其独特的晶体结构及电子结构，具有丰富的物理化学特性，是当前二维材料领域的研究热点，在凝聚态物理和材料科学领域均具有重要的研究价值。二硫化钼作为层状过渡金属硫化物的典型代表，可应用于开发下一代场效应晶体管、光电探测器和传感器等高性能纳米器件。MoS₂较大的层间距可以容纳碱金属离子的嵌入和脱出，可用于制作储能器件的电极材料。此外，二硫化钼纳米材料还具有可以和贵金属媲美的电催化产氢性能。MoS₂有多种不同的晶体结构（2H、3R和1T等）。近年来，除了三棱柱配位的2H MoS₂得到广泛研究外，由正八面体配位的[MoS₆]所构成的1T相和具有Mo-Mo成键的畸变1T相（1T'、1T''和1T'''等）的物性研究也逐渐受到科学家的关注。1T相和1T'相都已从实验上观测到超导转变，同时理论预测了1T'相具有量子自旋霍尔效应。最近，1T'''相的单层结构也得到理论学家的预测，且单层1T''' MoS₂理论带隙为0.7 eV左右，由于具有非中心对称晶体结构，可能是最薄的铁电材料。但目前1T'''相MoS₂的纯相制备、晶体结构和基本物性均未见报道。

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所、北京大学、上海交通大学和华中科技大学的研究者通过低温拓扑化学法成功制备出高质量的1T''' MoS₂晶体，他们利用单晶衍射仪解析出1T''' MoS₂的晶体结构，并且发现该结构具有不对称中心和非线性光学性质。在隧道扫描显微镜下可以清晰地观察到1T''' MoS₂中每三个Mo原子聚集成一个三角形团簇。相对于2H MoS₂来说，1T''' MoS₂带隙更窄，因而具有更加优良的导电能力。在二次谐波响应测试中，不同波长激发光下的1T''' MoS₂发出不同强度的二次谐波响应。在850 nm的激发光下1T''' MoS₂具有最强的响应强度。在偏振二次谐波响应测试下，作者可以发现测试的图像是六角花瓣状的，这也和其本征的晶体结构中的三次对称轴所对应。

这一成果发表在J. Am. Chem. Soc.上，文章的第一作者是上海硅酸盐研究所的在读研究生方裕强，该文章的通讯作者为刘攀教授、翟天佑教授和黄富强教授。

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Structural Determination and Nonlinear Optical Properties of New 1T'''-Type MoS₂Compound

Yuqiang Fang, Xiaozong Hu, Wei Zhao Jie Pan, Dong Wang, Kejun Bu, Yuanlv Mao, Shufen Chu, Pan Liu, Tianyou Zhai, Fuqiang Huang

J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 790, DOI: 10.1021/jacs.8b12133