树突形态作为松树、雪花和神经元细胞等大量自然事物的定义特征，在自然界中普遍存在。 到目前为止，无论是对自然界还是合成材料而言，基于某种非平衡生长过程的树枝状结构的形成机理仍未明确。过渡金属硫族化学物(TMDCS)，尤其对于二硫化钨（WS₂）而言，基于CVD方法制备过程中动力学非平衡下生长而得的枝晶结构，其生长机制与理论模拟都尚未明确。因此，掌握WS₂枝晶的可控制备及理论机制尤为重要。

在应用方面，枝晶结构相较于同种材料的单层、少层及多层结构而言，具有比表面积大，表面活性单元较多等优点，常常被用做催化剂（应用于HER、OER和NRR等）及传感器（气敏或湿度）等领域。同时，针对于半导体光电器件领域也有着令人期待的应用。

近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院沈俊副研究员与北京理工大学郭伟教授在《ACS Applied Nano Materials》上发表了题为“Isomeric Compound Dendrites on a Monolayer WS₂ Substrate: Morphological Engineering and Formation Mechanism”的文章（DOI: 10.1021/acsanm.1c01651）。枝晶的合成依赖于衬底的对称性，在以往的研究过程中，研究人员通常选择不同对称性的衬底或直接人为的改变衬底的对称性以满足枝晶结构的生长要求，这不免给研究带来困境与难度。该工作依据高效且经济的CVD方法，提出在已制得的单层WS₂表面通过延长生长时间及改变气流合成WS₂枝晶结构，其中具有自然六方对称的单层WS₂对枝晶WS₂的形成起到了至关重要的作用。

本文要点

（1） 可控合成具有六轴对称的枝晶结构、分形维度D为1.90（符合扩散限制机制DLA）

（2） 第一性原理模拟枝晶生长过程中的前驱体单体的种类、吸附能及吸附位点

（3） 第一性原理模拟枝晶生长过程中的前驱体单体的扩散路径及形成过程

这项工作有助于进一步深入了解二维晶体非平衡生长动力学的细节，并为在二维晶体衬底上通过形态工程生长同素异构体枝晶结构提供全新的见解。同时，独特的树枝状结构也将有助于在传感器(气体或湿度)和光电晶体管方面的广泛应用。

论文第一作者为中国科学院重庆研究院沈俊副研究员，论文通讯作者为中国科学院重庆研究院湛立博士及北京理工大学郭伟教授。中国科学院重庆研究院为论文第一完成单位，该研究得到中国科学院“科技服务网络计划”（STS计划）的资助支持。

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https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01651