Наноразмерный дисульфид молибдена, как представитель переходных металлических дихалькогенидов, эволюционирует от традиционного смазочного материала к объекту исследований в области полупроводников, катализа и накопления энергии. При уменьшении толщины MoS2 до атомарного уровня его структура запрещенной зоны переходит от непрямой к прямой (около 1,8 эВ), и этот эффект квантового ограничения открывает совершенно новые пути для оптоэлектронных приборов и гибкой электроники. В декабре 2024 года Национальное управление по стандартизации КНР выпустило GB/T 44935-2024 «Нанотехнологии — Измерение числа слоев дисульфида молибдена — Метод рамановской спектроскопии», стандарт официально вступил в силу 1 июля 2025 года, что свидетельствует о вступлении системы характеристизации наноразмерного MoS2 в стадию стандартизации.

Прорывы в области двумерных полупроводников

Прогресс наноразмерного MoS2 в полупроводниковой области особенно примечателен. В октябре 2025 года китайская исследовательская группа сообщила о первом в мире промышленном производстве 6-дюймового монокристалла двумерного переходного металлического халькогенидного полупроводника, с долей монодоменного выравнивания на 150-мм пластине превышающей 99%. В июле 2026 года первая в Китае 8-дюймовая производственная линия двумерных полупроводников завершила полную интеграцию, с выходом годных превышающим 99,99%, планируя достичь производства чипов эквивалентных 5 нм кремнию к 2029 году. TSMC также продемонстрировала 300-мм интегрированные устройства n/pFET с шагом затвора 50 нм на VLSI-симпозиуме в июне 2026 года, показывая, что международные гиганты ускоряют переход двумерных транзисторов из лаборатории в производство.

Основа этих прорывов заключается в атомарно ультратонких канальных свойствах наноразмерного MoS2. По сравнению с кремниевыми материалами, толщина монослоя MoS2 составляет всего около 0,65 нм, что обеспечивает естественный сильный контроль затвора в короткоканальном масштабе и эффективно подавляет короткоканальные эффекты и квантовое туннелирование. Это делает MoS2 одним из самых перспективных несиликоновых канальных материалов для эпохи после Мура.

Применение в катализе и накоплении энергии

В области электрокатализа наноразмерный MoS2 считается сильным кандидатом на замену платиновых катализаторов благодаря высокой плотности экспозиции активных краевых центров. Исследования показывают, что ближнеатомные слои нанолистьев MoS2, синтезированные методом индукции функционализированными графеновыми квантовыми точками, могут значительно повысить каталитическую активность реакции выделения водорода (HER). Пористые структуры MoS2, декорированные нанокластерами Pt, полученные методом CVD, демонстрируют перенапряжение всего 43 мВ и наклон Тафеля 56 мВ/дек, приближаясь к уровню активности коммерческих платино-углеродных катализаторов.

В области накопления энергии композиционная структура нанолепестков MoS2 и углеродных квантовых точек достигла общей эффективности 4,4% и эффективности хранения 34% в фотоконденсаторных устройствах. Полупроводниковый нанопереход, построенный из нанолистьев MoS2 и TiO2, достиг фарадеевской эффективности 65,52% в фотоэлектрокаталитическом восстановлении азота до аммиака, предоставив новый подход к фиксации азота при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Исследование пределов одномерных нанотрубок

В 2025 году японская исследовательская группа из Токийского университета и сотрудничающих институтов сообщила в журнале Science о синтезе нанотрубок MoS2, доведенных до предела диаметра 1 нм. Команда использовала стратегию конфайнмент-реакции внутри нанотрубок нитрида бора, где кластеры Mo4S4 полимеризовались и реконструировались в ограниченном пространстве с образованием сверхтонких одностенных нанотрубок MoS2, ранее недостижимых. Эта коаксиальная нанотрубная гетероструктура, состоящая из полупроводникового MoS2 и изолирующего BN, естественным образом образует геометрическую конфигурацию, необходимую для транзисторов с охватывающим затвором, обеспечивая материальную базу для полупроводниковых транзисторов следующего поколения.

Вызовы и перспективы

Переход наноразмерного MoS2 от лаборатории к индустриализации все еще сталкивается с рядом узких мест. Управление выходом годных при крупномасштабном равномерном росте, точное регулирование числа слоев и совместимость с существующими кремниевыми процессами являются ключевыми проблемами, ограничивающими инженерные применения. Кроме того, долгосрочная стабильность наноразмерного MoS2 в атмосферных условиях и влияние межфазных дефектов на характеристики приборов требуют дальнейших исследований. Тем не менее, с развитием системы национальных стандартов и прорывами в технологиях производства на уровне пластин, перспективы индустриализации наноразмерного MoS2 в применении новых материалов ускоряются.

**Теги:** наноразмерный MoS2, 纳米级二硫化钼, двумерный полупроводник, two-dimensional semiconductor, катализатор MoS2, рамановская спектроскопия, GB/T 44935-2024, гибкая электроника, реакция выделения водорода, Raman spectroscopy