二维材料是目前材料研究的重要前沿方向。除石墨烯以外，人们发现不少化合物也可以形成二维结构，其中硫化钼（MoS2）因其在储能、传感、光电及多相催化等方面具应用潜力，是近年来受到重视的二元体系之一。由于二维材料的理化性质对晶体结构、形貌乃至边缘原子的排列都非常敏感，因此在原子尺度上观察二维结构的形成具有重要的意义。

香港理工大学费林峰等首次采用基于MEMS技术的加热样品台和原位高分辨透射电镜（in-situ TEM）技术，实现了对硫化钼纳米片的成核和生长过程的原子尺度实时观察。相关结果表明，由固态前驱物分解结晶形成硫化钼纳米片的过程可分为两步。首先在低温阶段，固态前驱物热分解并形成垂直取向的硫化钼团簇结构。该团簇通过逐层生长（layer-by-layer growth）增大体积并转换为水平取向硫化钼。这一垂直-水平转换过程是由硫化钼团簇的表面能和硫化钼/衬底的界面能在晶粒生长过程中的相互竞争关系以及硫化钼面内缺陷的修复协同作用而导致的。接着在高温阶段，硫化钼纳米晶通过多种生长路径（包括Ostwald熟化和取向搭接）进行水平方向的生长，并最终形成六方形纳米片。通过高分辨像等手段，生长过程中结构的变化直观、清晰。这一成果不仅为探索硫化钼二维原子晶体的新奇物性及应用研究奠定了基础，而且为进一步研究其他新兴的二维材料的生长过程提供了一个可行的办法。

相关研究以“Direct TEM observations on growth mechanisms of two-dimensional MoS2 flakes”为题发表7月14日上线的Nature Communications上（DOI: 10.1038/ncomms12206）。论文主要由南昌大学材料科学与工程学院王雨教授与香港理工大学应用物理系柴扬教授两个课题组合作完成，研究工作得到国家基金委、香港研究资助局(RGC)等项目资助。（来源：科学网）