Atomic Vacancies in Transition Metal Dichalcogenides: Properties, Fabrication, and Limits.
atomic defects
doping
surface chemistry
thin films
transition metal dichalcogenides
Journal
ChemPlusChem
ISSN: 2192-6506
Titre abrégé: Chempluschem
Pays: Germany
ID NLM: 101580948
Informations de publication
Date de publication:
11 Mar 2022
11 Mar 2022
Historique:
revised:
03
03
2022
received:
29
12
2021
entrez:
21
3
2022
pubmed:
22
3
2022
medline:
22
3
2022
Statut:
aheadofprint
Résumé
Structural defects, such as heteroatoms or atomic vacancies, are always present in materials and significantly affect their physical properties, in both positive or unwanted ways. Interestingly, defects generate an impressive range of functionalities in many materials, such as catalysis, electrical and thermal conductivity tuning, thermoelectricity, enhanced ion storage, magnetism, and others. These properties enable the use of defective materials in a great variety of technological applications. Here we review the principal properties generated by atomic vacancies in 2D compounds and thin films of transition metal dichalcogenides and the most consolidated methods for their formation and engineering. Eventually, we critically analysed the most important advantages, the limits and the current open challenges.
Identifiants
pubmed: 35312184
doi: 10.1002/cplu.202100562
doi:
Types de publication
Journal Article
Review
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e202100562Subventions
Organisme : Italian Minister of Instruction, University and Research, National Project PRIN
ID : 2017YH9MRK
Informations de copyright
© 2022 The Authors. ChemPlusChem published by Wiley-VCH GmbH.
Références
Q. Liang, Q. Zhang, X. Zhao, M. Liu, A. T. S. Wee, ACS Nano 2021, 15, 2165-2181;
Z. Lin, B. R. Carvalho, E. Kahn, R. Lv, R. Rao, H. Terrones, M. A. Pimenta, M. Terrones, 2D Mater. 2016, 3, 022002;
J. Jiang, T. Xu, J. Lu, L. Sun, Z. Ni, Research 2019, 2019, 4641739;
Z. Lin, A. McCreary, N. Briggs, S. Subramanian, K. H. Zhang, Y. F. Sun, X. F. Li, N. J. Borys, H. T. Yuan, S. K. Fullerton-Shirey, A. Chernikov, H. Zhao, S. McDonnell, A. M. Lindenberg, K. Xiao, B. J. LeRoy, M. Drndic, J. C. M. Hwang, J. Park, M. Chhowalla, R. E. Schaak, A. Javey, M. C. Hersam, J. Robinson, M. Terrones, 2D Mater. 2016, 3, 042001.
X. Zhang, L. Gao, H. Yu, Q. Liao, Z. Kang, Z. Zhang, Y. Zhang, Acc. Mater. Res. 2021, 2, 655-668.
D. Rhodes, S. H. Chae, R. Ribeiro-Palau, J. Hone, Nat. Mater. 2019, 18, 541-549.
X. K. Zhang, Q. L. Liao, Z. Kang, B. S. Liu, X. Z. Liu, Y. Ou, J. K. Xiao, J. L. Du, Y. H. Liu, L. Gao, L. Gu, M. Y. Hong, H. H. Yu, Z. Zhang, X. F. Duan, Y. Zhang, Adv. Mater. 2021, 33, 2007051.
W. Zhou, X. Zou, S. Najmaei, Z. Liu, Y. Shi, J. Kong, J. Lou, P. M. Ajayan, B. I. Yakobson, J.-C. Idrobo, Nano Lett. 2013, 13, 2615-2622.
J. Yang, F. Bussolotti, H. Kawai, K. E. J. Goh, Phys. Status Solidi RRL 2020, 14, 2000248;
S. M. Gali, A. Pershin, A. Lherbier, J. C. Charlier, D. Beljonne, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 15076-15084.
H.-P. Komsa, A. V. Krasheninnikov, Phys. Rev. B 2015, 91, 125304.
L. M. Malard, T. V. Alencar, A. P. M. Barboza, K. F. Mak, A. M. de Paula, Phys. Rev. B 2013, 87, 201401.
K. F. Mak, K. He, C. Lee, G. H. Lee, J. Hone, T. F. Heinz, J. Shan, Nat. Mater. 2013, 12, 207-211.
P. K. Chow, R. B. Jacobs-Gedrim, J. Gao, T.-M. Lu, B. Yu, H. Terrones, N. Koratkar, ACS Nano 2015, 9, 1520-1527;
Z. T. Wu, W. W. Zhao, J. Jiang, T. Zheng, Y. M. You, J. P. Lu, Z. H. Ni, J. Phys. Chem. C 2017, 121, 12294-12299.
M. Mahjouri-Samani, L. Liang, A. Oyedele, Y.-S. Kim, M. Tian, N. Cross, K. Wang, M.-W. Lin, A. Boulesbaa, C. M. Rouleau, A. A. Puretzky, K. Xiao, M. Yoon, G. Eres, G. Duscher, B. G. Sumpter, D. B. Geohegan, Nano Lett. 2016, 16, 5213-5220.
H. Qiu, T. Xu, Z. Wang, W. Ren, H. Nan, Z. Ni, Q. Chen, S. Yuan, F. Miao, F. Song, G. Long, Y. Shi, L. Sun, J. Wang, X. Wang, Nat. Commun. 2013, 4, 2642.
M. Li, J. Yao, X. Wu, S. Zhang, B. Xing, X. Niu, X. Yan, Y. Yu, Y. Liu, Y. Wang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 6276-6282.
L. Gao, Q. Liao, X. Zhang, X. Liu, L. Gu, B. Liu, J. Du, Y. Ou, J. Xiao, Z. Kang, Z. Zhang, Y. Zhang, Adv. Mater. 2020, 32, 1906646.
L. Wang, L. Chen, S. L. Wong, X. Huang, W. Liao, C. Zhu, Y.-F. Lim, D. Li, X. Liu, D. Chi, K.-W. Ang, Adv. Electr. Mater. 2019, 5, 1900393.
M. Cavallini, Z. Hemmatian, A. Riminucci, M. Prezioso, V. Morandi, M. Murgia, Adv. Mater. 2012, 24, 1197-1201.
S. M. Hus, R. J. Ge, P. A. Chen, L. B. Liang, G. E. Donnelly, W. Ko, F. M. Huang, M. H. Chiang, A. P. Li, D. Akinwande, Nat. Nanotechnol. 2021, 16, 2165-2181;
X. H. Wu, R. J. Ge, D. Akinwande, J. C. Lee, Nanotechnology 2020, 31, 465206.
R. Ge, X. Wu, M. Kim, J. Shi, S. Sonde, L. Tao, Y. Zhang, J. C. Lee, D. Akinwande, Nano Lett. 2018, 18, 434-441.
B. Peng, Z. Ning, H. Zhang, H. Shao, Y. Xu, G. Ni, H. Zhu, J. Phys. Chem. C 2016, 120, 29324-29331.
Y. Wu, Z. Chen, P. Nan, F. Xiong, S. Lin, X. Zhang, Y. Chen, L. Chen, B. Ge, Y. Pei, Joule 2019, 3, 1276-1288.
Z. Ding, Q.-X. Pei, J.-W. Jiang, Y.-W. Zhang, J. Phys. Chem. C 2015, 119, 16358-16365.
A. Majumdar, Science 2004, 303, 777-778.
M. Sharma, A. Kumar, P. K. Ahluwalia, Phys. E: Low-dimens. Syst. Nanostruct. 2019, 107, 117-123;
C. Adessi, S. Pecorario, S. Thébaud, G. Bouzerar, Phys. Chem. Chem. Phys. 2020, 22, 15048-15057.
Y. N. Guo, T. Park, J. W. Yi, J. Henzie, J. Kim, Z. L. Wang, B. Jiang, Y. Bando, Y. Sugahara, J. Tang, Y. Yamauchi, Adv. Mater. 2019, 31,1807134.
C. Tsai, H. Li, S. Park, J. Park, H. S. Han, J. K. Norskov, X. L. Zheng, F. Abild-Pedersen, Nat. Commun. 2017, 8, 15113.
D. X. Jiao, Y. Tian, Y. J. Liu, Q. H. Cai, J. X. Zhao, Sustain. Energy Fuels 2021, 5, 4932-4943.
X. Yan, L. Zhuang, Z. Zhu, X. Yao, Nanoscale 2021, 13, 3327-3345;
C. Meng, X. Chen, Y. Gao, Q. Zhao, D. Kong, M. Lin, X. Chen, Y. Li, Y. Zhou, Molecules 2020, 25, 1136.
H. Li, C. Tsai, A. L. Koh, L. Cai, A. W. Contryman, A. H. Fragapane, J. Zhao, H. S. Han, H. C. Manoharan, F. Abild-Pedersen, J. K. Nørskov, X. Zheng, Nat. Mater. 2016, 15, 48-53.
G. Barik, S. Pal, J. Phys. Chem. C 2019, 123, 21852-21865;
H. Liu, W. Lei, Z. Tong, X. Li, Z. Wu, Q. Jia, S. Zhang, H. Zhang, Adv. Mater. Interfaces 2020, 7, 2000494.
A. Meng, T. Huang, H. Li, H. Cheng, Y. Lin, J. Zhao, Z. Li, J. Colloid Interface Sci. 2021, 589, 147-156.
N. Joseph, P. M. Shafi, A. C. Bose, Energy Fuels 2020, 34, 6558-6597.
L. Cai, J. F. He, Q. H. Liu, T. Yao, L. Chen, W. S. Yan, F. C. Hu, Y. Jiang, Y. D. Zhao, T. D. Hu, Z. H. Sun, S. Q. Wei, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2622-2627.
D. L. Cortie, G. L. Causer, K. C. Rule, H. Fritzsche, W. Kreuzpaintner, F. Klose, Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1901414;
P. Esquinazi, W. Hergert, D. Spemann, A. Setzer, A. Ernst, IEEE Trans. Magn. 2013, 49, 4668-4674.
Y. Shi, H. Li, L.-J. Li, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 2744-2756.
Q. Zeng, H. Wang, W. Fu, Y. Gong, W. Zhou, P. M. Ajayan, J. Lou, Z. Liu, Small 2015, 11, 1868-1884.
H. Li, G. Lu, Y. Wang, Z. Yin, C. Cong, Q. He, L. Wang, F. Ding, T. Yu, H. Zhang, Small 2013, 9, 1974-1981.
H. Zhu, Q. Wang, L. Cheng, R. Addou, J. Kim, M. J. Kim, R. M. Wallace, ACS Nano 2017, 11, 11005-11014.
X. Zheng, A. Calò, T. Cao, X. Liu, Z. Huang, P. M. Das, M. Drndic, E. Albisetti, F. Lavini, T.-D. Li, V. Narang, W. P. King, J. W. Harrold, M. Vittadello, C. Aruta, D. Shahrjerdi, E. Riedo, Nat. Commun. 2020, 11, 3463.
S. Cho, S. Kim, J. H. Kim, J. Zhao, J. Seok, D. H. Keum, J. Baik, D.-H. Choe, K. J. Chang, K. Suenaga, S. W. Kim, Y. H. Lee, H. Yang, Science 2015, 349, 625.
M. R. Islam, N. Kang, U. Bhanu, H. P. Paudel, M. Erementchouk, L. Tetard, M. N. Leuenberger, S. I. Khondaker, Nanoscale 2014, 6, 10033-10039.
J. Q. Zhu, Z. C. Wang, H. Yu, N. Li, J. Zhang, J. L. Meng, M. Z. Liao, J. Zhao, X. B. Lu, L. J. Du, R. Yang, D. Shi, Y. Jiang, G. Y. Zhang, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 10216-10219.
M. S. Shawkat, J. Gil, S. S. Han, T.-J. Ko, M. Wang, D. Dev, J. Kwon, G.-H. Lee, K. H. Oh, H.-S. Chung, T. Roy, Y. Jung, Y. Jung, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 14341-14351.
M. Innocenti, S. Cattarin, M. Cavallini, F. Loglio, M. L. Foresti, J. Electroanal. Chem. 2002, 532, 219-225.
M. Cavallini, G. Aloisi, R. Guidelli, Langmuir 1999, 15, 2993-2995;
G. D. Aloisi, M. Cavallini, M. Innocenti, M. L. Foresti, G. Pezzatini, R. Guidelli, J. Phys. Chem. B 1997, 101, 4774-4780.
F. C. Simeone, C. Albonetti, M. Cavallini, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 18987-18994.
M. Cavallini, P. Mei, F. Biscarini, R. Garcia, Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 5286-5288.
M. Cavallini, P. Graziosi, M. Calbucci, D. Gentili, R. Cecchini, M. Barbalinardo, I. Bergenti, A. Riminucci, V. Dediu, Sci. Rep. 2014, 4, 1-4.
H.-P. Komsa, J. Kotakoski, S. Kurasch, O. Lehtinen, U. Kaiser, A. V. Krasheninnikov, Phys. Rev. Lett. 2012, 109, 035503;
R. Zan, Q. M. Ramasse, R. Jalil, T. Georgiou, U. Bangert, K. S. Novoselov, ACS Nano 2013, 7, 10167-10174.
F. E. Kalff, M. P. Rebergen, E. Fahrenfort, J. Girovsky, R. Toskovic, J. L. Lado, J. Fernandez-Rossier, A. F. Otte, Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 926-929.
M. Schunack, E. Laegsgaard, I. Stensgaard, I. Johannsen, F. Besenbacher, Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2623-2626;
Angew. Chem. 2001, 113, 2693-2696;
Y. Sugimoto, P. Pou, O. Custance, P. Jelinek, M. Abe, R. Perez, S. Morita, Science 2008, 322, 413-417.
M. Baldoni, F. Mercuri, M. Cavallini, Adv. Mater. 2021, 33, 2007150.
X. Zhao, P. Song, C. Wang, A. C. Riis-Jensen, W. Fu, Y. Deng, D. Wan, L. Kang, S. Ning, J. Dan, T. Venkatesan, Z. Liu, W. Zhou, K. S. Thygesen, X. Luo, S. J. Pennycook, K. P. Loh, Nature 2020, 581, 171-177;
X. Zhang, Q. Liao, S. Liu, Z. Kang, Z. Zhang, J. Du, F. Li, S. Zhang, J. Xiao, B. Liu, Y. Ou, X. Liu, L. Gu, Y. Zhang, Nat. Commun. 2017, 8, 15881.
D. M. Sim, M. Kim, S. Yim, M.-J. Choi, J. Choi, S. Yoo, Y. S. Jung, ACS Nano 2015, 9, 12115-12123.
M. Melucci, M. Zambianchi, L. Favaretto, V. Palermo, E. Treossi, M. Montalti, S. Bonacchi, M. Cavallini, Chem. Commun. 2011, 47, 1689-1691.