近期華南理工大學與北京大學的研究者合作，系統研究了單層MoS2中本徵缺陷（點缺陷與晶界）與輻照引入的缺陷對其氧化行為的影響，該研究表明缺陷的存在會強烈地促進單層MoS2在環境條件下的氧化反應，該結果以「Spectroscopic investigation of defects mediated oxidization of single-layer MoS2」為題在線發表於Science China Technological Sciences。
由於單層MoS2的比表面積很大，其性質與性能很大程度上取決於它與環境的相互作用。MoS2的氧化過程是其中一個重要的相互作用過程。儘管之前的研究已進行了大量的探索，但有關MoS2與氧反應的具體機制仍不清楚，該文系統地研究了本徵缺陷和預製缺陷對單層MoS2氧化過程的影響。
對於原始的單層MoS2，氧化過程會優先發生在點缺陷和晶界位置上，在單層MoS2基面形成三角形狀的凹坑，在晶界附近形成裂紋（圖1）。
圖1 原始單層MoS2以及氧化5 min和30 min的單層MoS2的形貌表徵
這是因為MoS2的氧化行為優先發生在缺陷位置，如晶界上的線缺陷和面內的點缺陷。Raman和PL光譜在氧化後同時發生藍移，表明氧化後的樣品由於氧替位導致p型摻雜增強，並且這種變化在晶界位置更早出現（圖2和3）。
圖2 氧化前後的單層MoS2的拉曼表徵
圖3 靠近晶界與遠離晶界區域的Raman和PL光譜隨氧化時間增加的演變
而對於離子輻照後的單層MoS2，輻照形成的缺陷作為氧化中心使得單層MoS2的氧化更加均勻（圖4）。這是因為輻照引入的缺陷密度更高，能夠覆蓋晶界以及本徵點缺陷對MoS2氧化行為的影響。隨著缺陷密度的增大，Raman和PL光譜在氧化後藍移更加明顯（圖4和5），這表明單層MoS2中的缺陷加速了氧化過程從而使得p型摻雜增強。
圖4 輻照後的單層MoS2氧化5 min後的SEM圖與拉曼表徵
圖5 輻照後的單層MoS2氧化5 min後的PL光譜
該結果表明，離子輻照引入的缺陷對MoS2在空氣中的氧化過程有決定性的影響，從而可能會影響基於單層MoS2的器件在輻照環境下的長時間穩定性。