二維納米材料點(diǎn)缺陷的定向合成與能帶調(diào)控機(jī)制目錄一、內(nèi)容概括．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51.1研究背景與意義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61.1.1二維納米材料的發(fā)展現(xiàn)狀．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81.1.2點(diǎn)缺陷在二維材料中的重要性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．91.1.3能帶調(diào)控在材料性能中的作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．121.2國內(nèi)外研究進(jìn)展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．131.2.1二維納米材料點(diǎn)缺陷的合成方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．171.2.2點(diǎn)缺陷對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．211.2.3現(xiàn)有研究的不足之處．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．221.3研究目標(biāo)與內(nèi)容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．251.3.1本文研究的主要目標(biāo)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．271.3.2本研究的主要內(nèi)容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29二、二維納米材料及其點(diǎn)缺陷基本理論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．302.1二維納米材料的定義與分類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．322.1.1二維納米材料的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．332.1.2常見的二維納米材料類型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．342.2點(diǎn)缺陷的類型與形成機(jī)制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．382.2.1離子缺失．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．402.2.2摻雜原子．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．422.2.3分子團(tuán)簇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．452.2.4空位和間隙原子．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．472.3點(diǎn)缺陷對(duì)二維材料物理性質(zhì)的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．522.3.1電子結(jié)構(gòu)的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．572.3.2光學(xué)性質(zhì)的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．602.3.3熱學(xué)性質(zhì)的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61三、二維納米材料點(diǎn)缺陷的定向合成方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．643.1化學(xué)氣相沉積法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．653.1.1基本原理與過程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．673.1.2關(guān)鍵參數(shù)控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．693.1.3特點(diǎn)與局限性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．703.2電子束刻蝕法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．733.2.1基本原理與過程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．763.2.2關(guān)鍵參數(shù)控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．773.2.3特點(diǎn)與局限性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．813.3離子束轟擊法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．833.3.1基本原理與過程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．853.3.2關(guān)鍵參數(shù)控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．863.3.3特點(diǎn)與局限性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．893.4溶膠-凝膠法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．903.4.1基本原理與過程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．923.4.2關(guān)鍵參數(shù)控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．943.4.3特點(diǎn)與局限性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．953.5其他合成方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．963.5.1化學(xué)腐蝕法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．993.5.2溶液法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102四、二維納米材料點(diǎn)缺陷的能帶調(diào)控機(jī)制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1034.1能帶理論基礎(chǔ)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1064.1.1能帶結(jié)構(gòu)的基本概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1114.1.2能谷、能帶間隙．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1134.2點(diǎn)缺陷對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1154.2.1缺陷態(tài)的形成與位置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1164.2.2缺陷態(tài)對(duì)電子態(tài)密度的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1174.2.3缺陷濃度對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1204.3不同類型點(diǎn)缺陷的能帶調(diào)控效果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1214.3.1離子缺失的調(diào)控作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1244.3.2摻雜原子的調(diào)控作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1264.3.3分子團(tuán)簇的調(diào)控作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1284.3.4空位和間隙原子的調(diào)控作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1304.4點(diǎn)缺陷調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1334.4.1密度泛函理論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1364.4.2超胞模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．138五、二維納米材料點(diǎn)缺陷的應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1405.1點(diǎn)缺陷對(duì)光電性能的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1425.1.1光吸收性質(zhì)的改變．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1435.1.2光發(fā)射性質(zhì)的改變．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1455.2點(diǎn)缺陷對(duì)電學(xué)性能的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1465.2.1電導(dǎo)率的變化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1485.2.2飽和磁化強(qiáng)度的變化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1515.3點(diǎn)缺陷在傳感器的應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1525.3.1氣體傳感器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1555.3.2生物傳感器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1575.4點(diǎn)缺陷在催化中的應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．159六、結(jié)論與展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1616.1研究結(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1636.2研究展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1646.2.1二維納米材料點(diǎn)缺陷合成方法的改進(jìn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1656.2.2點(diǎn)缺陷能帶調(diào)控機(jī)制的深入研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1686.2.3點(diǎn)缺陷在新型器件中的應(yīng)用探索．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．169一、內(nèi)容概括本節(jié)旨在系統(tǒng)闡述二維納米材料中點(diǎn)缺陷的可控形成途徑及其光譜特性的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。首先將重點(diǎn)剖析多種導(dǎo)向二維納米材料點(diǎn)缺陷生成的方法，包括但不限于晶核控制、缺陷工程及外延生長(zhǎng)等多樣化技術(shù)。為確保內(nèi)容的系統(tǒng)性和清晰度，特列出下表，對(duì)不同合成方法進(jìn)行了簡(jiǎn)明歸納和對(duì)比，以期讀者能夠宏觀把握各類方法的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。合成方法簡(jiǎn)要描述優(yōu)缺點(diǎn)晶核控制法通過精確控制生長(zhǎng)前驅(qū)體的濃度和分布，選擇性在特定位置形成缺陷晶核，進(jìn)而調(diào)控缺陷的類型和密度。優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)缺陷的精確定位和數(shù)量控制；缺點(diǎn)：對(duì)工藝條件要求較高，可能涉及復(fù)雜的前驅(qū)體選擇和反應(yīng)參數(shù)優(yōu)化。缺陷工程法基于已有二維材料襯底，通過引入離子摻雜、熱處理、激光燒蝕等手段主動(dòng)引入或改變?nèi)毕?。?yōu)點(diǎn)：可以在較成熟的襯底上操作，技術(shù)門檻相對(duì)較低；缺點(diǎn)：可能引入非目標(biāo)缺陷，影響材料性能。外延生長(zhǎng)法在高溫、高壓或特定氣氛條件下，利用外延生長(zhǎng)技術(shù)，在襯底表面序向制備出含缺陷的二維納米材料薄膜。優(yōu)點(diǎn)：能夠獲得高質(zhì)量的缺陷結(jié)構(gòu)，且重復(fù)性好；缺點(diǎn)：設(shè)備投入較大，生長(zhǎng)周期相對(duì)較長(zhǎng)。在后續(xù)章節(jié)中，將深入探究上述各類合成方法對(duì)二維納米材料能帶結(jié)構(gòu)的具體影響。通過結(jié)合理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)地闡釋點(diǎn)缺陷如何改變材料的電子能級(jí)、態(tài)密度以及輸運(yùn)特性。特別地，本節(jié)將著重解析缺陷引入后能帶結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律，闡明其背后的物理機(jī)制，并探討如何通過合理設(shè)計(jì)缺陷結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對(duì)能帶的有效調(diào)控，為功能化二維納米材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)策略。最終目的是發(fā)掘并闡明缺陷與能帶之間緊密關(guān)聯(lián)的內(nèi)在規(guī)律，為高效、定向地合成具有特定電子特性的二維納米材料提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。1.1研究背景與意義隨著納米科技的飛速發(fā)展，二維納米材料因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和在電子器件、能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力而備受關(guān)注。其中點(diǎn)缺陷作為影響二維納米材料性能的重要因素之一，對(duì)其進(jìn)行定向合成和調(diào)控具有極其重要的意義。研究背景：近年來，研究者們?cè)诙S納米材料的合成方面取得了顯著的進(jìn)展，例如石墨烯、過渡金屬二硫化物等。然而盡管這些材料具有出色的性能，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，如點(diǎn)缺陷導(dǎo)致的性能不穩(wěn)定等問題。因此如何實(shí)現(xiàn)二維納米材料的定向合成以及如何通過調(diào)控點(diǎn)缺陷來優(yōu)化其性能成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。研究意義：研究二維納米材料點(diǎn)缺陷的定向合成與能帶調(diào)控機(jī)制具有以下重要意義：提高材料性能穩(wěn)定性：通過對(duì)點(diǎn)缺陷的定向合成和調(diào)控，可以顯著提高二維納米材料的性能穩(wěn)定性，為其在電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。拓寬應(yīng)用領(lǐng)域：優(yōu)化后的二維納米材料有望應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域，如光電轉(zhuǎn)換、能源存儲(chǔ)等，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的科技進(jìn)步。深化機(jī)理認(rèn)識(shí)：該研究有助于深入理解點(diǎn)缺陷對(duì)二維納米材料性質(zhì)的影響機(jī)制，進(jìn)一步推動(dòng)納米材料科學(xué)的理論研究進(jìn)展。推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展：研究成果的產(chǎn)業(yè)化將促進(jìn)納米材料合成與加工相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)國家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)。此外通過深入研究二維納米材料的定向合成方法和能帶調(diào)控機(jī)制，我們可以為設(shè)計(jì)具有特定功能和性能的新型二維納米材料提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。這不僅有助于推動(dòng)納米科技領(lǐng)域的進(jìn)步，而且能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的思路和方法。同時(shí)這也將對(duì)推動(dòng)國家科技水平提升和產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。通過表格展示相關(guān)背景和意義的數(shù)據(jù)或例子，將更直觀地呈現(xiàn)研究的重要性和價(jià)值。因此有必要在研究背景和意義部分加入表格來展示相關(guān)數(shù)據(jù)或案例。例如：【表】展示不同二維納米材料中的點(diǎn)缺陷類型和對(duì)其性能的影響程度；【表】對(duì)比現(xiàn)有二維納米材料合成方法及其對(duì)于點(diǎn)缺陷的控制能力等。這些數(shù)據(jù)對(duì)比將有助于為后續(xù)研究提供方向和目標(biāo)，總之該研究不僅具有重要的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景，還將對(duì)納米科技和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。1.1.1二維納米材料的發(fā)展現(xiàn)狀二維納米材料，作為近年來納米科技領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其發(fā)展歷程可追溯至上世紀(jì)末期。這類材料以其獨(dú)特的低維效應(yīng)和優(yōu)異的性能，在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。二維納米材料主要包括硫化物、氧化物、氮化物等，它們?cè)诔叽缟辖橛诤暧^材料和微觀粒子之間，擁有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)。?【表】二維納米材料的發(fā)展階段發(fā)展階段關(guān)鍵技術(shù)主要成果早期探索掃描隧道顯微鏡(STM)納米線的成功制備成長(zhǎng)期原子層沉積(ALD)納米片的廣泛應(yīng)用當(dāng)前狀態(tài)化學(xué)氣相沉積(CVD)、溶液法多樣化的二維材料體系未來展望分子束外延(MBE)、激光剝離等技術(shù)極端尺寸和性能的二維納米材料在技術(shù)層面，二維納米材料的合成方法日益豐富，從傳統(tǒng)的固相反應(yīng)、溶膠-凝膠法，到新興的激光切割、機(jī)械剝離等，這些方法各有優(yōu)劣，為研究者提供了更多的選擇空間。同時(shí)隨著表征技術(shù)的進(jìn)步，如高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、X射線衍射(XRD)等，研究者們能夠更準(zhǔn)確地控制材料的結(jié)構(gòu)和性能。在應(yīng)用方面，二維納米材料已經(jīng)滲透到電子、光電子、能源存儲(chǔ)、催化、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。例如，在太陽能電池領(lǐng)域，二維材料因其高的光電轉(zhuǎn)換效率和良好的柔韌性而備受青睞；在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，二維納米材料作為電極材料，能夠顯著提高電池的儲(chǔ)能密度和循環(huán)穩(wěn)定性。然而二維納米材料的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如大規(guī)模制備的可行性、環(huán)境友好性、以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性的問題。此外如何有效地調(diào)控二維納米材料的能帶結(jié)構(gòu)以優(yōu)化其性能，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。未來，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和理論的深入研究，二維納米材料有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。1.1.2點(diǎn)缺陷在二維材料中的重要性二維納米材料因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)、高比表面積和量子限域效應(yīng)，在電子器件、能源存儲(chǔ)、催化及傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而完美的晶格結(jié)構(gòu)往往難以實(shí)現(xiàn)，點(diǎn)缺陷作為材料中最基本的缺陷類型，其存在對(duì)二維材料的物理化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，甚至可主導(dǎo)材料的性能調(diào)控。（1）點(diǎn)缺陷對(duì)材料電學(xué)性質(zhì)的影響點(diǎn)缺陷（如空位、間隙原子、替代雜質(zhì)等）通過改變局域電子結(jié)構(gòu)，顯著影響二維材料的導(dǎo)電性。例如，石墨烯中的氮摻雜（替代碳原子）可引入額外的施主能級(jí)，使其從半金屬轉(zhuǎn)變?yōu)閚型半導(dǎo)體（式1.1），而硼摻雜則形成p型半導(dǎo)體，為構(gòu)建互補(bǔ)邏輯器件提供了可能。E式1.1：摻雜前后帶隙變化關(guān)系，其中ΔE此外點(diǎn)缺陷還可作為載流子復(fù)合中心或散射中心，直接影響載流子遷移率。如【表】所示，不同類型的點(diǎn)缺陷對(duì)MoS?載流子遷移率的調(diào)控存在顯著差異，其中硫空位（VS?【表】典型點(diǎn)缺陷對(duì)MoS?電子性質(zhì)的影響缺陷類型缺陷形成能(eV)帶隙變化(eV)載流子遷移率影響硫空位(VS4.2減小0.3顯著降低（陷阱散射）氧替代(O_S)2.8減小0.1輕微提升（n型摻雜）鉬空位(VMo6.5基本不變中性散射效應(yīng)（2）點(diǎn)缺陷對(duì)催化與光學(xué)性質(zhì)的調(diào)控在催化領(lǐng)域，點(diǎn)缺陷可通過調(diào)節(jié)活性位點(diǎn)的電子態(tài)密度和吸附能，顯著提升材料的催化活性。例如，藍(lán)磷中的磷空位可作為氫析出反應(yīng)（HER）的活性中心，其反應(yīng)能壘較完美晶格降低約0.5eV（式1.2）。Δ式1.2：缺陷催化活性關(guān)系，γ為缺陷效率系數(shù)，Edefect光學(xué)方面，點(diǎn)缺陷可通過引入中間能級(jí)或激子復(fù)合中心，調(diào)控材料的發(fā)光特性。例如，六方氮化硼（h-BN）中的硼空位可產(chǎn)生波長(zhǎng)在550–700nm范圍內(nèi)的可見光發(fā)射，為單光子源提供了理想平臺(tái)。（3）點(diǎn)缺陷的工程化意義通過精確控制點(diǎn)缺陷的類型、濃度和分布，可實(shí)現(xiàn)二維材料性質(zhì)的“按需定制”。例如，過渡金屬硫化物（TMDs）中的金屬空位可增強(qiáng)其析氫催化活性，而非金屬空位則有利于光催化二氧化碳還原。這種缺陷工程策略不僅為材料性能優(yōu)化提供了新途徑，也為理解材料-缺陷相互作用的基礎(chǔ)科學(xué)問題提供了重要模型。點(diǎn)缺陷不僅是二維材料中不可避免的結(jié)構(gòu)特征，更是調(diào)控其功能性質(zhì)的關(guān)鍵“活性位點(diǎn)”。深入理解點(diǎn)缺陷的形成機(jī)制與構(gòu)效關(guān)系，對(duì)于開發(fā)高性能二維納米器件具有重要的理論指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值。1.1.3能帶調(diào)控在材料性能中的作用在二維納米材料中，能帶調(diào)控是實(shí)現(xiàn)其優(yōu)異性能的關(guān)鍵因素之一。通過精確控制點(diǎn)缺陷的分布和性質(zhì)，可以有效地調(diào)節(jié)材料的電子結(jié)構(gòu)，從而影響其光學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)等性能。首先點(diǎn)缺陷的存在能夠改變二維材料的能帶結(jié)構(gòu)，使其具有特定的帶隙寬度和能級(jí)位置。例如，通過引入雜質(zhì)原子或空位缺陷，可以形成新的能級(jí)，從而拓寬或限制材料的帶隙，進(jìn)而影響其光電響應(yīng)特性。此外通過調(diào)整點(diǎn)缺陷的類型和數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料能帶的精細(xì)調(diào)控，以滿足特定應(yīng)用需求。其次點(diǎn)缺陷還能影響材料的電子輸運(yùn)特性，例如，通過引入缺陷態(tài)，可以降低材料的電阻率，提高電子遷移率，從而改善其電學(xué)性能。同時(shí)點(diǎn)缺陷還可以作為載流子陷阱，影響電子的散射和復(fù)合過程，進(jìn)一步調(diào)控材料的電學(xué)性能。點(diǎn)缺陷還能影響材料的光學(xué)性能，例如，通過引入缺陷態(tài)，可以產(chǎn)生局域激子，增強(qiáng)材料的光吸收和發(fā)射效率。同時(shí)點(diǎn)缺陷還可以影響材料的光學(xué)帶結(jié)構(gòu)，使得材料在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有更高的透過率或反射率，滿足特定應(yīng)用需求。能帶調(diào)控在二維納米材料中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，通過精確控制點(diǎn)缺陷的分布和性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二維納米材料電子結(jié)構(gòu)和性能的精細(xì)調(diào)控，為未來高性能電子器件的開發(fā)提供有力支持。1.2國內(nèi)外研究進(jìn)展近年來，隨著二維（二維）納米材料在電子、光電子、催化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其獨(dú)特的物理性質(zhì)，特別是其電子結(jié)構(gòu)，受到了極大關(guān)注。其中點(diǎn)缺陷作為一種重要的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)材料的電子態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)以及光學(xué)、催化等性能產(chǎn)生顯著影響，成為調(diào)控二維材料功能的關(guān)鍵手段。國內(nèi)外學(xué)者在二維納米材料點(diǎn)缺陷的定向合成與能帶調(diào)控方面取得了諸多進(jìn)展，大致可以歸納為以下幾個(gè)方面。（1）點(diǎn)缺陷的定向合成方法探索點(diǎn)缺陷的引入和精確調(diào)控是理解其作用及利用其性能的前提，國內(nèi)外研究人員探索了多種旨在實(shí)現(xiàn)缺陷定向合成的策略。氣相沉積法:該方法通過精確控制前驅(qū)體流量、反應(yīng)溫度和生長(zhǎng)時(shí)間，可以在二維材料晶格中引入特定類型的空位、取代或此處省略缺陷。例如，通過調(diào)整反應(yīng)氣氛中的雜質(zhì)氣體濃度，可以在MoS?等過渡金屬硫化物中引入硫空位或金屬陽離子取代位點(diǎn)。研究表明，[公式：defect=precursor+T+氣氛]，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，可以有效控制缺陷的類型和濃度。溶液法制備:溶液法（如水相沉淀、氧化還反応等）在低溫、大面積制備二維材料及其缺陷異質(zhì)結(jié)構(gòu)方面具有優(yōu)勢(shì)。通過在溶液中引入特定的摻雜源或調(diào)節(jié)pH值，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的可控合成。例如，利用有機(jī)小分子作為摻雜劑處理二維材料懸浮液，可誘導(dǎo)形成氮摻雜位點(diǎn)，從而調(diào)節(jié)其光催化活性。外延生長(zhǎng)調(diào)控:基于分子束外延（MBE）、化學(xué)氣相沉積（CVD）等先進(jìn)外延生長(zhǎng)技術(shù)，研究人員可以在原子尺度上精確控制二維材料的生長(zhǎng)過程，實(shí)現(xiàn)特定點(diǎn)缺陷的原位生成。通過選擇不同的襯底、調(diào)整生長(zhǎng)參數(shù)以及引入外場(chǎng)（如電場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷類型和空間分布的定向調(diào)控。光刻與刻蝕技術(shù):雖然傳統(tǒng)意義上的光刻與刻蝕主要用于“刻蝕”形成非intentional缺陷或結(jié)構(gòu)，但通過多步驟疊加和優(yōu)化，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷分布的局部、可控制造。結(jié)合低溫等離子體刻蝕等技術(shù)，可以在特定區(qū)域引入缺陷，形成具有空間分辨率的缺陷內(nèi)容案。（2）點(diǎn)缺陷的種類及其對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的影響不同類型的點(diǎn)缺陷（如空位V、取代S、此處省略I、摻雜D等）對(duì)二維材料的能帶結(jié)構(gòu)具有不同的調(diào)控機(jī)制。缺陷的引入通常會(huì)打破材料的周期性結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，導(dǎo)致局部電子云密度的改變，進(jìn)而影響near缺陷處的能級(jí)?？瘴蝗毕?空位缺陷通常引入局部的價(jià)帶頂端或?qū)У赘浇纳钅芗?jí)雜質(zhì)能級(jí)，這些能級(jí)位于本征能帶帶隙之內(nèi)，如同在帶隙中“懸掛”著能級(jí)（donor-leveloracceptor-level,取決于空位類型和襯底）。例如，在過渡金屬硫化物中形成的硫空位，通常引入一個(gè)位于價(jià)帶頂附近的淺施主能級(jí)[公式：Ec_defect]，這種能級(jí)可用于吸收特定波長(zhǎng)的光，增強(qiáng)材料的吸光性能和光催化活性。取代缺陷:當(dāng)一種原子被不同原子取代時(shí)（如過渡金屬之間TMs-TMs取代，或引入第三種元素取代TMs），可以改變局域的電子配分和雜化軌道，從而產(chǎn)生深能級(jí)雜質(zhì)能級(jí)或?qū)е聝r(jià)帶/導(dǎo)帶邊緣的移動(dòng)。其影響可以通過緊束縛模型(Tight-bindingmodel)精確預(yù)測(cè)：[公式：Hij≈εii’hij+Σ(i≠j)εij’εij’’hij/[εjj’-εii’]]中，缺陷的存在會(huì)打斷對(duì)稱性，導(dǎo)致εij’的微小變化，從而產(chǎn)生缺陷能級(jí)。例如，在MoS?中引入W摻雜（W/Mo取代）會(huì)產(chǎn)生一個(gè)位于帶隙中間的淺受主能級(jí)，并可能展寬費(fèi)米能級(jí)附近的能帶。此處省略缺陷:引入像氮(N)、磷(P)等元素，可以形成不同的價(jià)態(tài)，從而在能帶中引入雜質(zhì)能級(jí)，并可能改變載流子類型和濃度。摻雜:類似地，摻雜主要引入雜質(zhì)能級(jí)，其位置和影響程度取決于摻雜劑的種類、價(jià)態(tài)以及濃度。研究普遍表明，通過合理設(shè)計(jì)點(diǎn)缺陷的類型和濃度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料半導(dǎo)性、光學(xué)響應(yīng)范圍、贗能隙、介電常數(shù)等關(guān)鍵性質(zhì)的有效調(diào)控。（3）能帶調(diào)控機(jī)制的理論研究與應(yīng)用探索理論計(jì)算（如密度泛函理論，DFT）在揭示點(diǎn)缺陷與能帶調(diào)控的內(nèi)在機(jī)制中發(fā)揮著不可替代的作用。通過DFT等方法，研究人員能夠精確計(jì)算缺陷態(tài)的位置、寬度、對(duì)稱性以及缺陷形成能等關(guān)鍵參數(shù)，預(yù)測(cè)缺陷對(duì)材料各種物性的影響，并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)上，通過光譜學(xué)方法（如吸收光譜、拉曼光譜、電子能譜等）對(duì)缺陷引入后的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，驗(yàn)證理論預(yù)測(cè)，并揭示缺陷的調(diào)控規(guī)律。國內(nèi)外在能帶調(diào)控的應(yīng)用探索方面也取得了積極進(jìn)展：光電器件:利用缺陷引入的雜質(zhì)能級(jí)拓寬太陽光吸收范圍，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率；通過調(diào)控缺陷態(tài)調(diào)節(jié)能谷/能峰，研究自旋電子學(xué)器件；構(gòu)建帶隙可調(diào)的激光器、探測(cè)器。催化:通過定向引入具有特定電子結(jié)構(gòu)的活性位點(diǎn)缺陷，可以顯著提高二維材料在電催化和光催化分解水、二氧化碳轉(zhuǎn)化等反應(yīng)中的活性和選擇性。傳感:缺陷位點(diǎn)獨(dú)特的電子態(tài)和吸附特性，使其成為一種高效的傳感器，可用于檢測(cè)氣體分子、生物分子等。（4）挑戰(zhàn)與展望盡管在二維納米材料點(diǎn)缺陷的定向合成與能帶調(diào)控方面取得了顯著進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)，例如：缺陷生成過程的原子尺度精確控制仍是難點(diǎn)；缺陷的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、擴(kuò)散行為以及缺陷間的相互作用尚不完全清楚；如何建立缺陷濃度、類型、分布與宏觀性能間的普適關(guān)系模型仍需深入；缺陷的“場(chǎng)景化”應(yīng)用（即在器件特定位置引入特定缺陷）的集成技術(shù)亟待發(fā)展。展望未來，隨著制備技術(shù)的不斷進(jìn)步和理論的深入發(fā)展，有望實(shí)現(xiàn)從原子尺度上對(duì)二維材料點(diǎn)缺陷的精確設(shè)計(jì)、可控制備和的原位/工況表征。這將進(jìn)一步推動(dòng)基于缺陷工程的二維材料設(shè)計(jì)體系的發(fā)展，為開發(fā)新型高性能電子、光電器件、催化材料等提供新的策略和途徑。1.2.1二維納米材料點(diǎn)缺陷的合成方法點(diǎn)缺陷作為結(jié)構(gòu)維度的最小單位，在調(diào)控二維（2D）納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)，尤其是能帶結(jié)構(gòu)與光電特性方面，扮演著至關(guān)重要的角色。因此實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)缺陷的可控合成與精確調(diào)控已成為當(dāng)前材料科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。目前，基于不同原理的合成策略被廣泛探索和發(fā)展，主要包括物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition,PVD）、化學(xué)氣相沉積（ChemicalVaporDeposition,CVD）、溶劑熱/電解液熱法、氧化還原調(diào)控以及外場(chǎng)誘導(dǎo)等多種途徑。這些方法各有優(yōu)劣，適用于不同類型的2D材料及其缺陷種類的制備。化學(xué)氣相沉積（CVD）與物理氣相沉積（PVD）CVD和PVD是構(gòu)筑高質(zhì)量、大面積2D材料薄片（尤其是一些金屬氧化物和硫化物）及其缺陷的主要技術(shù)手段。這類方法通過將前驅(qū)體氣體或蒸氣在高溫基底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理沉積，從而逐層生長(zhǎng)目標(biāo)材料。在生長(zhǎng)過程中，通過精確控制反應(yīng)氣氛中引入特定元素的摻雜源（如鹵素、堿金屬、堿土金屬等），或者在反應(yīng)前后引入具有刻蝕能力的氣體分子，可以在材料晶體結(jié)構(gòu)中定域地引入點(diǎn)缺陷。摻雜引入缺陷：通過使用含有目標(biāo)摻雜元素的氣體（如氯化氫用于制備WSe?中的V_H或W空位），在材料生長(zhǎng)的同時(shí)將雜質(zhì)原子或空位引入晶格，形成金屬缺陷（如V_M,V_anion等）或非金屬缺陷。例如，在過渡金屬硫族化合物（TMDs）中，通過引入H?氣體會(huì)引發(fā)硫空位（V_S）的形成：MSe其中M代表過渡金屬。反應(yīng)后刻蝕：利用特定氣體（如Cl?,Br?,F?或含氧氧化性氣體）對(duì)生長(zhǎng)完成的2D材料進(jìn)行選擇性刻蝕處理，可以精確移除部分原子或分子團(tuán)簇，產(chǎn)生空位（V_site）或替位（substitution）缺陷：M通過控制刻蝕時(shí)間、氣體濃度和壓力等參數(shù)，可以有效調(diào)控缺陷的濃度和分布。溶劑熱/電解液熱法及其衍生技術(shù)對(duì)于層狀狀的二維材料（如MoS?、石墨烯等），溶劑熱法（SolventThermalMethod）和電解液熱法（ElectrolyteThermalMethod）提供了一種濕化學(xué)合成途徑。在高溫高壓的溶劑或水溶液環(huán)境中，前驅(qū)體（如金屬離子鹽、含硫化合物等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終析出2D納米片。該過程可通過加入特定的此處省略劑或調(diào)節(jié)反應(yīng)物比例，實(shí)現(xiàn)缺陷的形成。例如，在MoS?的溶劑熱合成中，通過引入硫醇類此處省略劑，有助于形成富硫或帶有硫空位的結(jié)構(gòu)。此外機(jī)械剝離法雖然不涉及“合成”，但得到的單層或少層石墨烯本身就可能含有各種天然形成的點(diǎn)缺陷，為缺陷的研究提供了原始材料。氧化還原調(diào)控氧化還原處理是調(diào)控石墨烯缺陷狀態(tài)的一種經(jīng)典方法，利用強(qiáng)氧化劑（如KMnO?,HNO?）處理碳材料可以獲得含氧官能團(tuán)（如環(huán)氧基、羧基、羥基）的氧化石墨烯（GO），這些含氧官能團(tuán)可以看作是氧點(diǎn)綴位缺陷。通過后續(xù)的還原處理（如使用H?氣、水熱法、還原性溶劑等），可以脫除大部分含氧基團(tuán)，但在這個(gè)過程中可能會(huì)形成新的缺陷（如部分碳原子被氧化為缺陷原子、引入氫原子等）。精確控制氧化還原程度，是調(diào)控石墨烯帶隙和導(dǎo)電性的重要手段。對(duì)于其他TMDs而言，氧化還原處理同樣可以引入氧、氮或其他摻雜元素缺陷，或改變S/M鍵合狀態(tài)，引發(fā)空位型缺陷。外場(chǎng)誘導(dǎo)缺陷形成近年來，利用外部能量場(chǎng)（如高能電子束輻照、激光脈沖、X射線、離子束轟擊、強(qiáng)電場(chǎng)、超聲波等）直接在二維材料中誘導(dǎo)產(chǎn)生點(diǎn)缺陷也日益受到關(guān)注。高能粒子或電磁輻射能夠打斷化學(xué)鍵、移除原子或使其位移，從而直接創(chuàng)造缺陷位點(diǎn)。例如，利用離子束刻蝕可以在石墨烯中精確注入特定類型的缺陷（如形成肖特基結(jié)或改變局部電子結(jié)構(gòu)），這對(duì)于構(gòu)筑量子點(diǎn)或設(shè)計(jì)特殊電子器件具有重要意義。施加高頻電場(chǎng)甚至可以引發(fā)材料內(nèi)部元素的電離和替換，產(chǎn)生新型的摻雜或缺陷類型。這類方法通常具有原子級(jí)精度和高局域性，為原位產(chǎn)生和研究缺陷提供了新思路。綜上所述二維納米材料點(diǎn)缺陷的合成策略多樣，從傳統(tǒng)的CVD、PVD體系，到溶劑化學(xué)法，再到后處理氧化還原調(diào)控及新穎的外場(chǎng)誘導(dǎo)方法，每種技術(shù)各有側(cè)重，適用于不同材料體系和對(duì)缺陷類型、濃度、分布的控制需求。實(shí)現(xiàn)缺陷的定向可控合成，是深入理解其物理機(jī)理、優(yōu)化器件性能的關(guān)鍵一步。?小結(jié)與對(duì)比各種合成方法在點(diǎn)缺陷制備上的優(yōu)缺點(diǎn)可以概括如下：合成方法主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)CVD/PVD(刻蝕/摻雜)可大面積制備，缺陷引入可控，可實(shí)現(xiàn)摻雜與刻蝕的靈活性，適用于多種材料設(shè)備要求高，工藝復(fù)雜，部分方法可能引入雜質(zhì)，缺陷濃度均勻性控制挑戰(zhàn)大溶劑熱/電解液熱易于操作，成本相對(duì)較低，適用于某些特定材料的溶液法制備生長(zhǎng)速率和缺陷控制依賴性強(qiáng)，產(chǎn)物提純困難，難以精確調(diào)控缺陷種類和分布氧化還原處理方法成熟，對(duì)石墨烯等材料效果顯著，易于后續(xù)功能化常伴隨較多非定點(diǎn)形貌的官能團(tuán)，還原不徹底可能導(dǎo)致缺陷種類復(fù)雜化，過度氧化則使材料性能變差外場(chǎng)誘導(dǎo)(輻照等)精度高，可實(shí)現(xiàn)原位、定點(diǎn)（聚焦）缺陷生成，可控性強(qiáng)可能對(duì)材料整體結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生影響，引入缺陷可能與應(yīng)力場(chǎng)相互作用，設(shè)備投入或操作要求特殊通過合理選擇和優(yōu)化這些合成方法，結(jié)合先進(jìn)的表征技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)二維材料點(diǎn)缺陷的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和高效利用，進(jìn)而通過缺陷工程實(shí)現(xiàn)對(duì)其能帶結(jié)構(gòu)和功能性器件性能的精細(xì)化調(diào)控。1.2.2點(diǎn)缺陷對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究點(diǎn)缺陷，如空位、間隙原子和界面原子等，有傾向于引入局域態(tài)和缺陷態(tài)進(jìn)的材料。這些缺陷態(tài)，涉及到材料的電學(xué)性質(zhì)方面，無些影子的影響。為了分析這些調(diào)控的機(jī)制，研究人員經(jīng)常利用分子動(dòng)力學(xué)模擬和密度泛函理論方法來模擬點(diǎn)缺陷對(duì)材料電子結(jié)構(gòu)的影響。例如，通過控制材料的生長(zhǎng)環(huán)境來影響點(diǎn)缺陷的濃度和類型，如使用特定的光刻技術(shù)或化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，可以在材料中精確地引入特定的缺陷。具體來說，研究人員對(duì)此會(huì)至關(guān)重要。通過引入自摻雜有關(guān)原子缺陷，人為式調(diào)控材料的帶隙和電子能帶結(jié)構(gòu)，達(dá)到對(duì)材料導(dǎo)電性、光學(xué)性質(zhì)和光電性質(zhì)優(yōu)化的效果。在研究這些調(diào)控效果時(shí)，通常采用諸如X射線吸收光譜、電子能譜、光電子能譜和拉曼光譜等表征手段來判斷點(diǎn)缺陷的類型和性質(zhì)，并依賴原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡等設(shè)備進(jìn)行定位和描述。而這些實(shí)驗(yàn)方法為點(diǎn)缺陷對(duì)電帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控工作提供了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿?yàn)證和理論依據(jù)，同時(shí)也使得材料科學(xué)中的新設(shè)計(jì)和制備途徑得到了提升和推動(dòng)。為了對(duì)點(diǎn)缺陷的調(diào)控效應(yīng)進(jìn)行定量的分析，研究人員通常依賴基于量子化學(xué)的第一性原理計(jì)算方法得出能帶結(jié)構(gòu)理論計(jì)算結(jié)果，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以此來驗(yàn)證和進(jìn)一步發(fā)展調(diào)控機(jī)制。在某些情況下，為了更精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)可能調(diào)控效果，研究者還會(huì)構(gòu)建能帶內(nèi)容和相空間表示的調(diào)控表格。1.2.3現(xiàn)有研究的不足之處盡管在二維納米材料點(diǎn)缺陷的定向合成與能帶調(diào)控領(lǐng)域已取得了顯著進(jìn)展，但現(xiàn)有研究仍存在諸多局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先定向合成精確性不足，缺陷類型與分布難以精確控制。當(dāng)前，雖然有多種方法（如離子注入、激光燒蝕、溶劑熱法等）被用于在二維材料中引入點(diǎn)缺陷，但這些方法往往難以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)或近原子級(jí)的精準(zhǔn)控制。具體表現(xiàn)為：缺陷的形成位置具有較大的隨機(jī)性，難以在材料特定區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)或規(guī)律性排布。缺陷的種類（如空位、填隙原子、取代原子等）和濃度往往難以精確調(diào)控，容易出現(xiàn)多種缺陷共存的復(fù)雜情況。缺陷在材料內(nèi)部的分布均勻性難以保證，可能存在缺陷團(tuán)簇或非均勻分布，這直接影響能帶的調(diào)控效果和材料的宏觀性能。例如，在過渡金屬二硫族化合物（TMDs）中通過離子注入引入缺陷時(shí)，注入深度和能量難以精確調(diào)控，導(dǎo)致缺陷形成深度彌散，難以獲得具有特定能級(jí)結(jié)構(gòu)的缺陷層次。參考一些研究報(bào)道[1,2]，缺陷濃度通常通過實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行摸索，缺乏普適性強(qiáng)且精細(xì)可控的合成策略。其次缺陷與能帶結(jié)構(gòu)的構(gòu)效關(guān)系理解不深，理論預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象存在偏差。雖然理論上已經(jīng)建立了多種缺陷模型來描述其對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)制，例如，通過改變?nèi)毕葜車木植縿?shì)場(chǎng)來破裂或移動(dòng)布里淵區(qū)內(nèi)的聲子譜（PhononSpectrum），進(jìn)而影響電子躍遷，或者通過引入局域態(tài)來充當(dāng)缺陷態(tài)（DefectStates），改變費(fèi)米能級(jí)附近的能帶結(jié)構(gòu)。然而實(shí)驗(yàn)上精確測(cè)量單一缺陷或少量缺陷處的電子結(jié)構(gòu)和局域態(tài)非常困難，且缺陷在實(shí)際二維材料中的環(huán)境（如襯底相互作用、應(yīng)力、缺陷間相互作用、電荷態(tài)等）復(fù)雜多變，這些因素都會(huì)顯著影響缺陷的能級(jí)位置和相互作用強(qiáng)度。因此：理論模型往往基于簡(jiǎn)化的點(diǎn)缺陷孤立體系，難以完全捕捉真實(shí)系統(tǒng)中的復(fù)雜效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)上觀察到的能級(jí)穩(wěn)定性、遷移率以及缺陷的相互作用規(guī)律，與理論模型的預(yù)測(cè)有時(shí)存在較大差異。例如，某些理論模型預(yù)測(cè)缺陷能級(jí)應(yīng)位于帶隙中心，但在實(shí)驗(yàn)中觀察到其可能偏移甚至發(fā)生移動(dòng)，這可能與缺陷電荷的俘獲與釋放、周圍晶格畸變等因素有關(guān)。最后缺陷的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性評(píng)估不足，點(diǎn)缺陷的能級(jí)特性往往對(duì)其所處的化學(xué)環(huán)境（如氧化還原狀態(tài)、氣氛）敏感，這使得缺陷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性成為制約其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題。然而目前對(duì)于缺陷在制備完成后，特別是在高溫、高濕、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等外界因素作用下的演化行為、電荷態(tài)變化以及能級(jí)穩(wěn)定性等，缺乏系統(tǒng)的長(zhǎng)期跟蹤研究和深入理解。此外如何將實(shí)驗(yàn)室制備的具有特定缺陷結(jié)構(gòu)的二維材料器件化，并驗(yàn)證其在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的性能和穩(wěn)定性，也仍然是亟待解決的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有研究多集中在體塊材料或薄膜的缺陷表征，對(duì)于微觀制備的量子點(diǎn)、納米線等低維結(jié)構(gòu)中缺陷的穩(wěn)定性和功能持久性評(píng)估較為匱乏。總結(jié)：上述不足表明，二維納米材料點(diǎn)缺陷的定向合成與能帶調(diào)控仍面臨精度控制、機(jī)理理解及穩(wěn)定性評(píng)估等多重挑戰(zhàn)。未來需要發(fā)展更精確的合成方法，結(jié)合先進(jìn)的原位/工況表征技術(shù)和更完善的先進(jìn)理論模型，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷類型、濃度、分布及其相互作用的高效調(diào)控與深度理解，最終推動(dòng)基于缺陷工程的二維材料在光電催化、傳感、存儲(chǔ)和器件等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在系統(tǒng)探究二維納米材料中點(diǎn)缺陷的定向合成方法及其對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制，以期為高性能功能材料的設(shè)計(jì)與制備提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。具體研究目標(biāo)與內(nèi)容如下：（1）定向合成二維納米材料的點(diǎn)缺陷采用原子層沉積、分子束外延、低溫等離子體摻雜等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二維材料（如石墨烯、MoS?、BlackPhosphorus等）中特定類型點(diǎn)缺陷（如空位、摻雜原子、取代缺陷等）的定向引入與精確控制。通過調(diào)控合成條件（如溫度、壓力、反應(yīng)時(shí)間等），研究缺陷的形成機(jī)制和形態(tài)特征，建立缺陷結(jié)構(gòu)與其生長(zhǎng)過程的關(guān)聯(lián)模型。缺陷類型缺陷結(jié)構(gòu)表征方法空位缺陷原子層缺失掃描電子顯微鏡（SEM）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）摻雜缺陷外來原子取代原有格點(diǎn)X射線光電子能譜（XPS）、拉曼光譜（Raman）化合物缺陷相鄰原子間化學(xué)鍵斷裂或重構(gòu)紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）、熒光光譜（PL）（2）點(diǎn)缺陷對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制通過密度泛函理論（DFT）計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，研究不同類型和濃度點(diǎn)缺陷對(duì)二維材料能帶結(jié)構(gòu)的影響。重點(diǎn)揭示缺陷引入后能帶隙的變化、局域態(tài)的出現(xiàn)以及電子態(tài)密度的重新分布規(guī)律?；诜治鼋Y(jié)果，建立缺陷濃度與能帶調(diào)控之間的定量關(guān)系式，例如：E其中Egap代表能帶隙，Cdef為缺陷濃度，（3）功能特性的關(guān)聯(lián)研究結(jié)合輸運(yùn)性能、光電響應(yīng)和磁性等實(shí)際應(yīng)用需求，評(píng)估不同點(diǎn)缺陷對(duì)材料功能特性的調(diào)控效果。例如，通過缺陷工程增強(qiáng)材料的導(dǎo)電性或光學(xué)吸收系數(shù)，為開發(fā)新型傳感器、光電轉(zhuǎn)換器件和自旋電子器件提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。通過以上研究，預(yù)期實(shí)現(xiàn)以下突破：建立二維材料點(diǎn)缺陷的定向合成技術(shù)體系；揭示點(diǎn)缺陷與能帶結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)效關(guān)系；推動(dòng)二維材料在功能性電子器件中的實(shí)際應(yīng)用。1.3.1本文研究的主要目標(biāo)本研究的核心目標(biāo)在于深入探究二維納米材料中點(diǎn)缺陷的可控生成途徑及其對(duì)材料能帶結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上探索實(shí)現(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控策略。具體而言，主要研究目標(biāo)可歸納為以下幾個(gè)方面：闡明點(diǎn)缺陷的定向合成機(jī)理：通過系統(tǒng)研究不同合成條件（如沉積速率、溫度、前驅(qū)體濃度等）對(duì)二維材料（例如過渡金屬硫化物MoS2、黑磷等）中點(diǎn)缺陷（如空位、摻雜原子、間隙原子等）種類、濃度及分布的影響，揭示形成特定類型和分布的點(diǎn)缺陷的關(guān)鍵因素和調(diào)控途徑。我們將重點(diǎn)考察物理氣相沉積（PVD）、分子束外延（MBE）及溶液化學(xué)法等不同生長(zhǎng)模式下缺陷生成的差異，并利用第一性原理計(jì)算等理論手段定性和定量地分析缺陷的形成能和幾何結(jié)構(gòu)。【表】：列舉本研究關(guān)注的幾種典型二維材料和對(duì)應(yīng)的點(diǎn)缺陷類型：（此處內(nèi)容暫時(shí)省略）揭示點(diǎn)缺陷對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制：基于實(shí)驗(yàn)合成得到的具有特定點(diǎn)缺陷的二維材料樣品，系統(tǒng)測(cè)量其光電導(dǎo)、吸收光譜、photoluminescence(PL)等光學(xué)特性，結(jié)合理論計(jì)算，闡明不同種類和濃度的點(diǎn)缺陷如何改變二維材料的能帶隙大小、引入雜質(zhì)能級(jí)、影響電子態(tài)密度以及調(diào)控材料的導(dǎo)電性和光學(xué)響應(yīng)。我們期望量化點(diǎn)缺陷引入的雜質(zhì)能級(jí)相對(duì)于帶邊的位置，并分析其濃度依賴性。記憶電子態(tài)密度N(E)（DOS）和光學(xué)躍遷能量E_g（例如帶隙）是評(píng)價(jià)能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵物理量。假設(shè)在理想二維材料中帶隙為E_g1，引入點(diǎn)缺陷后帶隙變?yōu)镋_g2，我們的目標(biāo)是理解(E_g2-E_g1)與缺陷類型和濃度的關(guān)系。一個(gè)簡(jiǎn)化的能帶結(jié)構(gòu)調(diào)整示意內(nèi)容（此處為文字描述）可表示為：缺陷引入的局部能級(jí)位于原本的帶隙中或雜化原子的價(jià)帶/導(dǎo)帶附近，具體位置取決于缺陷類型和晶格環(huán)境。關(guān)鍵理論公式（示意性）：缺陷引入的局部態(tài)密度可表示為ΔN(E)=Σ_iχ_iδ(E-E_i),其中χ_i為第i種缺陷的特征函數(shù)，E_i為第i種缺陷態(tài)的能量。缺陷對(duì)能帶隙的影響可通過改變能帶結(jié)構(gòu)和費(fèi)米能級(jí)的位置來實(shí)現(xiàn)，即ΔE_g=E_g2-E_g1=f(ΔN(E_f),ΔN(E_v))（示意性關(guān)系），其中E_f和E_v分別為費(fèi)米能級(jí)與價(jià)帶頂/導(dǎo)帶底之間的能量差。探索能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控的普適性規(guī)律：在理解具體材料體系的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)點(diǎn)缺陷影響二維材料能帶結(jié)構(gòu)的一般性規(guī)律，例如缺陷類型與引入能級(jí)位置的關(guān)系、缺陷濃度與能級(jí)淡化的關(guān)系等。建立缺陷特性與材料宏觀性能（如導(dǎo)電性、矯頑磁性等，若適用）之間的關(guān)聯(lián)模型，為理性設(shè)計(jì)具有特定電子和光學(xué)特性的二維材料器件提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。綜上所述本文旨在通過對(duì)二維納米材料點(diǎn)缺陷定向合成和能帶調(diào)控機(jī)制的系統(tǒng)研究，深化對(duì)低維材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的理解，并推動(dòng)其在功能性電子器件、光電器件等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。1.3.2本研究的主要內(nèi)容研究的主要內(nèi)容可細(xì)分為以下幾個(gè)方面：點(diǎn)缺陷的定向生成機(jī)制本研究深入探索導(dǎo)致二維納米材料（例如石墨烯、過渡金屬二硫化物等）中點(diǎn)缺陷形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。這包括原子遷移、空位產(chǎn)生等過程的原子層次理解，以及缺陷分布對(duì)其性能影響的規(guī)律探索。通過理論模型與模擬計(jì)算相結(jié)合的方式，精確地模擬點(diǎn)缺陷如何在特定條件下形成，以及在材料中的偏好方向。能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控本文將分析點(diǎn)缺陷如何影響二維納米材料能帶結(jié)構(gòu)，進(jìn)而探討其光學(xué)、電學(xué)和電子性質(zhì)。通過合理的化學(xué)修飾和物理處理，如激光照射或使用特定化學(xué)前驅(qū)體，可以誘導(dǎo)材料的電子結(jié)構(gòu)重排。研究將探討這些過程如何引起能帶范圍的變化、晶格扭曲度調(diào)節(jié)以及界面態(tài)的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致材料的性質(zhì)改變。理論模型構(gòu)建與模擬本研究依托第一性原理計(jì)算和密度泛函理論（DFT）構(gòu)建二維納米材料的精確模型，進(jìn)一步模擬缺陷產(chǎn)生的模式和能帶調(diào)控的機(jī)制。通過引入統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和量子力學(xué)的理論框架，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，制定出適用于二維材料的缺陷模型與相應(yīng)的調(diào)控原理。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與數(shù)據(jù)分析實(shí)際實(shí)驗(yàn)是理論研究結(jié)果的驗(yàn)證途徑，本研究將設(shè)計(jì)并執(zhí)行一系列實(shí)驗(yàn)，用以檢測(cè)理論模型中的預(yù)測(cè)，識(shí)別真實(shí)材料中的點(diǎn)缺陷類型與分布模式，以及直接測(cè)量材料的能帶結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化。結(jié)合數(shù)據(jù)分析方法，如X射線衍射（XRD）和電子能量損失譜（EELS）來支持這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋和理論模擬的準(zhǔn)確性。通過上述內(nèi)容的探討，本研究旨在揭示二維納米點(diǎn)缺陷的生成與材料性能變化的內(nèi)在聯(lián)系，并提供一個(gè)系統(tǒng)的理論框架與試驗(yàn)驗(yàn)證方法，用以指導(dǎo)更高效的二維材料的定向合成與能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控。二、二維納米材料及其點(diǎn)缺陷基本理論2.1二維納米材料的結(jié)構(gòu)特征與分類二維納米材料，顧名思義，是指具有二維周期性結(jié)構(gòu)且厚度在納米尺度范圍內(nèi)的原子晶體材料。與傳統(tǒng)三維塊體材料相比，二維納米材料憑借其超薄的厚度、極大的比表面積以及獨(dú)特的量子尺寸效應(yīng)，展現(xiàn)出許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如高電子遷移率、優(yōu)異的光學(xué)響應(yīng)能力和獨(dú)特的機(jī)械性能等。這些特性使得二維納米材料在過去十年中受到了材料科學(xué)、物理、化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注，并在電子器件、能源存儲(chǔ)、傳感器等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。從結(jié)構(gòu)角度來看，目前二維納米材料主要可以分為以下幾類：過渡金屬二硫族化合物（TMDs）：這類材料由過渡金屬元素與硫（或硒、碲）元素交替構(gòu)成，具有AB序的層狀結(jié)構(gòu)（類石墨結(jié)構(gòu)），如MoS2、WSe2等。黑磷（BlackPhosphorus）：作為磷的一種同素異形體，黑磷具有層狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)層由P原子構(gòu)成六邊形環(huán)，層與層之間通過范德華力結(jié)合。石墨烯類材料：這類材料是碳原子以sp2雜化軌道形成的蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，厚度在單層到幾層之間，如石墨烯、mgraphene等。其他二維材料：除了上述幾類，還包括過渡金屬氧化物（TMOs）、鹵化物（MXenes）等具有二維結(jié)構(gòu)的材料。2.2點(diǎn)缺陷的定義與類型點(diǎn)缺陷是物質(zhì)結(jié)構(gòu)中原子或離子排列不規(guī)則的位置，它們位于晶體的格點(diǎn)或者近鄰區(qū)域，其尺寸與原子尺度相當(dāng)。點(diǎn)缺陷是材料中固有的，也是外界因素（如輻照、熱處理、摻雜等）引入的，在調(diào)控材料的性質(zhì)方面起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)點(diǎn)缺陷形成的原因和類型，可以將其分為以下幾類：類型定義例子空位（Vacancy）晶格中缺少一個(gè)原子或離子V填隙原子（InterstitialAtom）原子或離子占據(jù)晶格間隙位置I代位雜質(zhì)（SubstitutionalImpurity）一個(gè)原子或離子取代了晶格中另一個(gè)原子或離子的位置A→B反位缺陷（AntisiteDefect）在化合物中，某種元素的原子或離子占據(jù)了另一種元素應(yīng)占的位置A→B(在A-B化合物中)此外根據(jù)點(diǎn)缺陷的電荷狀態(tài)，還可以將其分為電中性缺陷、帶正電缺陷和帶負(fù)電缺陷。2.3點(diǎn)缺陷對(duì)二維納米材料電子結(jié)構(gòu)的影響點(diǎn)缺陷的存在會(huì)引起局部晶體畸變，進(jìn)而影響周圍原子的電子云分布，從而導(dǎo)致材料的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。對(duì)于二維納米材料而言，由于其特殊的二維結(jié)構(gòu)，點(diǎn)缺陷對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響更加顯著，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：能帶結(jié)構(gòu)調(diào)整：點(diǎn)缺陷的引入會(huì)導(dǎo)致能帶帶隙發(fā)生變化，這取決于缺陷的類型、濃度以及所處的位置。例如，在某些情況下，點(diǎn)缺陷會(huì)降低材料的帶隙，使其呈現(xiàn)n型半導(dǎo)體特性；而在其他情況下，則可能提高帶隙，使其呈現(xiàn)p型半導(dǎo)體特性。態(tài)密度變化：點(diǎn)缺陷會(huì)在缺陷附近形成局域態(tài)，從而改變材料的態(tài)密度（DOS）分布，這會(huì)影響材料的電導(dǎo)率、光學(xué)吸收等性質(zhì)。有效質(zhì)量改變：點(diǎn)缺陷會(huì)影響電子在材料中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而改變電子的有效質(zhì)量。點(diǎn)缺陷對(duì)二維納米材料電子結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理十分復(fù)雜，通常需要借助第一性原理計(jì)算等理論方法進(jìn)行研究。2.1二維納米材料的定義與分類二維納米材料是指那些在某一維度上處于納米尺度（通常在幾納米至幾百納米之間）的材料，它們?cè)诹硗鈨蓚€(gè)維度上則可以延伸到宏觀尺度。這類材料因其獨(dú)特的尺寸效應(yīng)和量子限制效應(yīng)，展現(xiàn)出與眾不同的物理、化學(xué)性質(zhì)。這些性質(zhì)使得二維納米材料在電子學(xué)、光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。根據(jù)其組成和結(jié)構(gòu)的差異，二維納米材料可以被分類為以下幾類：?jiǎn)螌佣S納米材料：這類材料僅由單個(gè)原子層構(gòu)成，例如石墨烯、單層過渡金屬硫化物等。它們展現(xiàn)出鮮明的量子效應(yīng)和出色的電子傳輸性能。多層二維納米材料：由多個(gè)原子層疊加而成的材料，如多層石墨烯、過渡金屬硫化物多層結(jié)構(gòu)等。層間相互作用較弱，可以通過層數(shù)調(diào)控其物理性質(zhì)。二維聚合物材料：由長(zhǎng)鏈分子構(gòu)成的二維薄膜材料，具有優(yōu)異的機(jī)械性能和良好的加工性。二維共價(jià)晶體材料：通過強(qiáng)共價(jià)鍵連接形成的二維晶體結(jié)構(gòu)，具有高度的穩(wěn)定性和良好的電子性能。其他特殊類型的二維納米材料：如二維拓?fù)湎嘧儾牧稀⒍S半金屬材料等，這些材料在特定條件下展現(xiàn)出獨(dú)特的物理性質(zhì)和潛在應(yīng)用?！颈怼空故玖瞬糠殖Ｒ姸S納米材料的示例及其特點(diǎn)：?【表】：常見二維納米材料的示例及其特點(diǎn)材料名稱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要應(yīng)用領(lǐng)域石墨烯單原子層碳六邊形結(jié)構(gòu)電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、復(fù)合材料等過渡金屬硫化物（如MoS2）弱范德華層狀結(jié)構(gòu)，單層呈現(xiàn)半導(dǎo)體特性電子器件、光電子器件等二維聚合物薄膜長(zhǎng)鏈分子構(gòu)成的薄膜結(jié)構(gòu)柔性電子、有機(jī)光電材料等二維共價(jià)晶體（如h-BN）強(qiáng)共價(jià)鍵構(gòu)成的二維晶體結(jié)構(gòu)高溫超導(dǎo)、電子封裝等這些分類并不是絕對(duì)的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新的二維納米材料不斷涌現(xiàn)，其分類和定義也在不斷更新和擴(kuò)充。對(duì)二維納米材料的深入研究有助于我們更深入地理解其性質(zhì)，并為其應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。2.1.1二維納米材料的二維納米材料，作為一類具有獨(dú)特物理和化學(xué)性質(zhì)的新興材料，近年來在科技領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。這類材料通常指尺寸在納米尺度的平面結(jié)構(gòu)，如石墨烯、硫化鉬、碲化鎘等。它們的原子層厚度使得它們?cè)陔娮?、光學(xué)、磁學(xué)等方面展現(xiàn)出極高的潛在應(yīng)用價(jià)值。二維納米材料的制備通常采用機(jī)械剝離、化學(xué)氣相沉積、溶液法等多種手段。這些方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的精確控制，還能通過引入各種缺陷來調(diào)控其電子結(jié)構(gòu)和性能。例如，在二維納米材料的制備過程中，可以通過化學(xué)修飾或物理吸附等方法引入雜質(zhì)原子或分子，從而形成點(diǎn)缺陷。這些點(diǎn)缺陷不僅會(huì)影響材料的導(dǎo)電性、光學(xué)性質(zhì)，還可能對(duì)其機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。此外二維納米材料的能帶調(diào)控機(jī)制也是材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。能帶是描述半導(dǎo)體材料電子結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，它決定了材料的導(dǎo)電類型和遷移率。在二維納米材料中，通過調(diào)控其能帶結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其光電性能的精確調(diào)節(jié)。例如，通過摻雜、復(fù)合等方法引入雜質(zhì)能級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料能帶的調(diào)控，進(jìn)而優(yōu)化其光電轉(zhuǎn)換效率、選擇性和響應(yīng)速度等關(guān)鍵性能指標(biāo)。二維納米材料作為一種新型的納米尺度結(jié)構(gòu)，不僅具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，還通過精巧的制備方法和能帶調(diào)控機(jī)制，在科技發(fā)展中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。2.1.2常見的二維納米材料類型二維納米材料因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和量子限域效應(yīng)，在物理、化學(xué)、材料及生物等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。自從2004年石墨烯的成功剝離以來，二維材料的“家族”迅速壯大，已從最初的單一元素拓展到多種化合物體系。這些材料在晶體結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)和表面化學(xué)等方面各具特色，為通過點(diǎn)缺陷工程實(shí)現(xiàn)能帶調(diào)控提供了豐富的材料平臺(tái)。以下將介紹幾種研究最為廣泛且最具代表性的二維納米材料。石墨烯石墨烯是由單層碳原子以sp2雜化方式緊密堆積形成的二維蜂窩狀晶格，是構(gòu)成其他維數(shù)碳質(zhì)材料（如零維富勒烯、一維碳納米管、三維石墨）的基本單元。它是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的納米材料。其獨(dú)特的狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其載流子具有零有效質(zhì)量和極高的遷移率。然而pristine石墨烯的帶隙為零，限制了其在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用。因此通過引入點(diǎn)缺陷（如空位、Stone-Wales缺陷）或化學(xué)修飾（如氫化、氧化）來打開其帶隙，成為石墨烯能帶調(diào)控的核心研究方向之一。過渡金屬硫族化合物過渡金屬硫族化合物是一類由過渡金屬原子（如Mo,W）和硫族元素（如S,Se,Te）通過范德華力堆疊構(gòu)成的層狀化合物，其化學(xué)通式為MX?（M代表過渡金屬，X代表硫族元素）。這類材料因其可調(diào)的帶隙（通常為1-2eV）、高的載流子遷移率和優(yōu)異的光電特性，成為后石墨烯時(shí)代最受矚目的二維材料之一。根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的不同，TMDs主要分為三種類型：2H相（六方密堆）：如MoS?、WS?，是半導(dǎo)體材料。1T’相（八面體扭曲）：如MoS?，是金屬或半金屬性質(zhì)。1T相（八面體）：如MoS?，是金屬性質(zhì)，但在常溫下不穩(wěn)定。以二硫化鉬（MoS?）為例，其單層由一個(gè)Mo原子層和兩個(gè)S原子層構(gòu)成“三明治”結(jié)構(gòu)。單層MoS?具有直接帶隙特性，使其在發(fā)光二極管、光電探測(cè)器和晶體管等領(lǐng)域具有巨大潛力。通過在Mo或S位點(diǎn)引入空位、摻雜其他原子或吸附外來分子，可以精細(xì)調(diào)控其能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)電學(xué)性質(zhì)。表：幾種典型TMDs的層狀結(jié)構(gòu)及基本性質(zhì)材料名稱晶體結(jié)構(gòu)（單層）帶隙類型帶隙大小(eV)主要應(yīng)用方向MoS?S-Mo-S三明治結(jié)構(gòu)直接（單層）/間接（多層）~1.8(單層)光電器件、催化、傳感WS?S-W-S三明治結(jié)構(gòu)直接（單層）/間接（多層）~2.0(單層)發(fā)光器件、valleytronicsWSe?Se-W-Se三明治結(jié)構(gòu)直接（單層）/間接（多層）~1.6(單層)光電探測(cè)器、p型半導(dǎo)體MoTe?Te-Mo-Te三明治結(jié)構(gòu)直接（單層）/間接（多層）~1.0(單層)低功耗電子器件、熱電材料六方氮化硼六方氮化硼是一種與石墨烯結(jié)構(gòu)極為相似的二維材料，通常被稱為“白色石墨烯”。它由交替的硼原子和氮原子構(gòu)成六方晶格，但由于B-N鍵為強(qiáng)極性共價(jià)鍵，其性質(zhì)與石墨烯截然不同。hBN是一種寬帶隙電絕緣體，帶隙高達(dá)約6eV，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和介電性能。hBN常被用作二維器件的介電層、封裝材料或襯底，以保護(hù)其他二維材料并改善其器件性能。此外通過在hBN晶格中引入B或N空位等點(diǎn)缺陷，可以在其寬帶隙中引入局域態(tài)，從而調(diào)控其發(fā)光和磁性等性質(zhì)，為量子信息存儲(chǔ)和單光子源等應(yīng)用提供了可能。黑磷黑磷是磷元素在特定溫度和壓力下形成的穩(wěn)定同素異形體，也是目前最“年輕”的二維半導(dǎo)體材料之一。它具有類似石墨烯的褶皺層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)通過共價(jià)鍵結(jié)合，層間通過較弱的范德華力堆疊。與零帶隙的石墨烯和間接帶隙的hBN不同，黑磷具有天然的、可調(diào)的直接帶隙，其帶隙大小隨層數(shù)的增加而減小，從單層約2.0eV體材料的約0.3eV可調(diào)。這種獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)使其在紅外和太赫茲波段的器件中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。然而黑磷在環(huán)境條件下（尤其是有水和氧氣存在時(shí)）化學(xué)穩(wěn)定性較差，易于氧化降解，這為其應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。通過引入點(diǎn)缺陷或進(jìn)行表面鈍化可以有效提高其環(huán)境穩(wěn)定性，同時(shí)進(jìn)一步調(diào)控其電子能帶結(jié)構(gòu)。其他二維材料除了上述材料，還有許多其他類型的二維材料也展現(xiàn)出獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，并成為點(diǎn)缺陷與能帶調(diào)控研究的重要對(duì)象。例如：MXene：通過刻蝕三元層狀碳化物或氮化物（如?MAX相）中的“A”層原子得到，其表面富含官能團(tuán)（如-OH,-O,-F），具有金屬導(dǎo)電性和優(yōu)異的力學(xué)性能。鈣鈦礦型二維材料：如(CH?NH?)PbI?，具有極高的光吸收系數(shù)和載流子遷移率，在太陽能電池領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。二維金屬氧化物/氫氧化物：如氧化石墨烯、MoO?、Ni(OH)?等，在催化、儲(chǔ)能和傳感方面具有重要應(yīng)用。這些多樣化的二維材料共同構(gòu)成了一個(gè)龐大的材料體系，為研究者提供了廣闊的探索空間。通過在不同材料體系中設(shè)計(jì)和構(gòu)筑點(diǎn)缺陷，可以系統(tǒng)性地研究其結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)二維納米材料在特定功能器件中的定制化應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2.2點(diǎn)缺陷的類型與形成機(jī)制在二維納米材料中，點(diǎn)缺陷是其結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它們的存在對(duì)材料的電子性質(zhì)和光學(xué)性能有著顯著影響。根據(jù)已有的研究，點(diǎn)缺陷可以分為以下幾種類型：空位（Vacancies）：空位是指材料中的原子或分子缺失，形成的空洞。這些空洞可以位于晶格的任何位置，但通常出現(xiàn)在邊緣或角上的區(qū)域，因?yàn)樗鼈兏菀着c其他原子相互作用。空位的形成機(jī)制包括熱蒸發(fā)、離子注入和化學(xué)氣相沉積等方法。間隙原子（InterstitialAtoms）：間隙原子是指在晶格中未被占據(jù)的原子位置。這些原子可以是金屬原子、非金屬原子或摻雜原子。間隙原子的形成機(jī)制包括退火、離子注入和化學(xué)氣相沉積等方法。懸掛鍵（GalliumiDefects）：懸掛鍵是指兩個(gè)相鄰原子之間的鍵斷裂，形成一個(gè)未成鍵的原子。這種類型的缺陷通常出現(xiàn)在過渡金屬化合物中，如硫化鎘(CdS)。懸掛鍵的形成機(jī)制包括高溫處理、機(jī)械剝離和化學(xué)腐蝕等方法。錯(cuò)位原子（DisplacedAtoms）：錯(cuò)位原子是指一個(gè)原子的位置與它周圍的其他原子不匹配。這種類型的缺陷通常出現(xiàn)在晶體生長(zhǎng)過程中，如硅(Si)晶體的生長(zhǎng)。錯(cuò)位原子的形成機(jī)制包括熱力學(xué)控制和動(dòng)力學(xué)控制等方法。雜質(zhì)原子（DopantAtoms）：雜質(zhì)原子是指摻雜到二維納米材料中的外來原子。這些原子可以改變材料的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，從而影響其應(yīng)用性能。雜質(zhì)原子的形成機(jī)制包括離子注入、化學(xué)氣相沉積和熱處理等方法。表面缺陷（SurfaceDefects）：表面缺陷是指在二維納米材料的表面形成的缺陷。這些缺陷可能包括氧化層、吸附原子、表面重構(gòu)等。表面缺陷的形成機(jī)制包括熱處理、化學(xué)腐蝕和光刻蝕等方法。堆垛層錯(cuò)（StackingLatticeDislocations）：堆垛層錯(cuò)是指二維納米材料中相鄰兩層之間的錯(cuò)位。這種類型的缺陷通常出現(xiàn)在石墨烯(Graphene)中，因?yàn)樗鼈兙哂懈叨葘?duì)稱的結(jié)構(gòu)。堆垛層錯(cuò)的形成機(jī)制包括機(jī)械剝離和熱處理等方法。孿生缺陷（TwinDislocations）：孿生缺陷是指二維納米材料中相鄰兩層之間的錯(cuò)位和旋轉(zhuǎn)。這種類型的缺陷通常出現(xiàn)在石墨烯中，因?yàn)樗鼈兙哂懈叨葘?duì)稱的結(jié)構(gòu)。孿生缺陷的形成機(jī)制包括機(jī)械剝離和熱處理等方法。點(diǎn)缺陷的類型和形成機(jī)制對(duì)于理解二維納米材料的電子性質(zhì)和光學(xué)性能至關(guān)重要。通過研究不同類型的點(diǎn)缺陷及其形成機(jī)制，我們可以更好地設(shè)計(jì)和應(yīng)用二維納米材料，以滿足特定應(yīng)用需求。2.2.1離子缺失離子缺失是二維納米材料中常見的點(diǎn)缺陷類型，其形成機(jī)制主要源于生長(zhǎng)過程或外界因素（如輻照、高溫）導(dǎo)致的晶格中某些原子或離子的缺失。這種缺陷會(huì)破壞材料的周期性結(jié)構(gòu)，進(jìn)而引起局部電子態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)的顯著變化。例如，在過渡金屬硫化物（TMDs）中，硫原子的缺失會(huì)導(dǎo)致局郵磁矩的出現(xiàn)，并可能打開帶隙；而在黑磷烯中，磷原子的缺失則會(huì)引入深能級(jí)缺陷態(tài)，影響材料的電學(xué)性能。為了定量描述離子缺失對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的影響，可以考慮緊束縛模型（TBM）或緊束縛近似（TBA）。在理想二維晶格中，緊束縛模型的能帶結(jié)構(gòu)通?？杀硎緸椋害牌渲笑舓為電子能量，ti,j為跳躍積分，ci和cj為原子第?【表】：不同維度碳原子的缺失對(duì)緊束縛能帶的影響缺失類型能帶中心偏移（eV）局域態(tài)密度變化材料導(dǎo)電性調(diào)整單碳缺失0.2顯著增加中等下降雙碳缺失0.5強(qiáng)烈局域顯著下降此外離子缺失還會(huì)導(dǎo)致缺陷周圍產(chǎn)生額外的局域態(tài)，這些局域態(tài)可以與聲子、載流子等相互作用，進(jìn)一步調(diào)節(jié)材料的電子性質(zhì)。例如，在MXenes（一種二維過渡金屬氫化物）中，錳原子的缺失形成的氧空位會(huì)引入電荷轉(zhuǎn)移態(tài)，影響材料的催化活性。這些研究表明，離子缺失不僅改變了材料的能帶結(jié)構(gòu)，還可能增強(qiáng)了其與其他物質(zhì)的相互作用，為新型二維器件的設(shè)計(jì)提供了新的思路。2.2.2摻雜原子在調(diào)控二維納米材料的能帶結(jié)構(gòu)方面，摻雜原子是一種極具潛力的策略。通過將一種元素的原子（摻雜劑）引入到另一種元素的原子晶格結(jié)構(gòu)中，可以顯著改變材料的電子特性。這種外源引入的雜質(zhì)原子會(huì)與基體原子發(fā)生相互作用，其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)將對(duì)材料的整體能帶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深刻影響。與缺陷結(jié)構(gòu)（如空位、間隙原子等）主要通過改變載流子濃度和引入局域態(tài)來影響能帶不同，摻雜原子通常通過取代或間隙的方式進(jìn)入晶格，其價(jià)帶和導(dǎo)帶邊緣會(huì)發(fā)生相應(yīng)的偏移，從而直接調(diào)控材料的導(dǎo)電性。通過精確控制摻雜原子的種類、濃度和分布，可以在不顯著改變材料宏觀體積的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)能帶隙寬度、費(fèi)米能級(jí)位置以及態(tài)密度等關(guān)鍵電子特性的可逆調(diào)節(jié)，為制備具有特定光電功能的二維納米器件提供了可能。摻雜原子的類型選擇及其效應(yīng)：選擇何種摻雜原子對(duì)于能帶調(diào)控的效果至關(guān)重要，通常，依據(jù)價(jià)電子數(shù)目的不同，可以將摻雜分為二價(jià)元素?fù)诫s（如Be、Mg、Zn、Cd）對(duì)四價(jià)基體（如MoS?、WSe?），以及三價(jià)元素?fù)诫s（如Al、Ga、In、B）對(duì)四價(jià)基體（如石墨烯、g-C?N?）。這種價(jià)電子數(shù)的差異導(dǎo)致了晶格畸變和電荷轉(zhuǎn)移，進(jìn)而改變了能帶結(jié)構(gòu)。例如：摻雜原子種類(對(duì)MoS?)價(jià)電子數(shù)摻雜類型主要影響B(tài)e,Mg2形成acceptor通常能級(jí)位于導(dǎo)帶底以上，可能抑制n型摻雜，或引入淺受主能級(jí)，調(diào)節(jié)費(fèi)米能級(jí)位置Zn,Cd2形成acceptor類似Be、Mg，但引入的能級(jí)和電子效應(yīng)可能略有不同Al,Ga,In3形成donor通常能級(jí)位于價(jià)帶頂以下，促進(jìn)p型導(dǎo)電，引入淺施主能級(jí)，減小能帶隙B3形成donor在石墨烯中可有效引入p型導(dǎo)電電子相互作用與能帶位移：摻雜原子在基體晶格中的位置（取代或間隙）及其與周圍原子（基體原子）的相互作用，是決定其能帶調(diào)控能力的關(guān)鍵因素。如內(nèi)容所示（此處應(yīng)為相關(guān)內(nèi)容表或示意內(nèi)容文字描述替代），摻雜原子的引入通常會(huì)誘導(dǎo)周圍基體原子發(fā)生輕微的晶格偏移或畸變。這種局部結(jié)構(gòu)變化及隨后的電荷重新分布，會(huì)導(dǎo)致?lián)诫s原子在材料中形成特征能級(jí)（局域態(tài)）。這些能級(jí)的位置相對(duì)于費(fèi)米能級(jí)決定了它是施主（donor）還是受主（acceptor）。設(shè)摻雜原子形成施主能級(jí)E，其在導(dǎo)帶和價(jià)帶中的貢獻(xiàn)可以通過緊束縛模型或緊束縛近似進(jìn)行估算。一個(gè)簡(jiǎn)化的能帶結(jié)構(gòu)調(diào)整可以表示為：ΔE≈E-E(1)其中ΔE是導(dǎo)帶底E的能量偏移（對(duì)于n型摻雜，此偏移通常指相對(duì)于原始導(dǎo)帶底的移動(dòng)），E是摻雜原子的價(jià)態(tài)能級(jí)。具體的能級(jí)位置和強(qiáng)度取決于摻雜原子的種類、濃度、基體材料的電子結(jié)構(gòu)以及晶格匹配程度。通過合理設(shè)計(jì)摻雜原子的種類、濃度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能帶隙的精確調(diào)控，從而定制材料的導(dǎo)電類型（n型或p型）和載流子濃度。除上述這些常見的元素?fù)诫s外，過渡金屬元素（如V,Cr,Mn,Ni,Co,Fe,Cu）的摻雜也因其獨(dú)特的d電子結(jié)構(gòu)與基體材料的相互作用，能夠引起更為豐富的能帶結(jié)構(gòu)和磁性效應(yīng)，對(duì)于制備具有奇異電子相態(tài)和自旋電子學(xué)應(yīng)用的雙功能材料具有重要意義，但這通常涉及到更為復(fù)雜的物理機(jī)制。2.2.3分子團(tuán)簇分子團(tuán)簇在二維納米材料的點(diǎn)缺陷定向合成和能帶調(diào)控中扮演了關(guān)鍵角色。這些由幾個(gè)原子組成的小團(tuán)簇不僅可以直接定位操控到材料的表面，還能通過化學(xué)鍵的精細(xì)控制，影響材料的電子結(jié)構(gòu)和光特性。具體到合成方面，合成策略包括原子層沉積法（ALD）、化學(xué)氣相沉積法（CVD）等,這些方法通過精確控制生長(zhǎng)條件，如溫度、壓力、氣流組成和脈沖時(shí)間等，使得分子團(tuán)簇在由于表面能的差異得到一個(gè)特定的取向或者構(gòu)型。通過這些定向的分子團(tuán)簇作用，可以實(shí)現(xiàn)材料點(diǎn)缺陷位置和數(shù)量的精準(zhǔn)調(diào)控，從而達(dá)到改善或優(yōu)化材料性能的目的。在能帶調(diào)控方面，分子團(tuán)簇的存在能顯著影響晶格常數(shù)和點(diǎn)缺陷類型，從而改變材料能帶結(jié)構(gòu)和費(fèi)米能級(jí)位置。例如，一些團(tuán)簇可能提供一個(gè)局域的電荷中心，在帶隙中引入附加的雜質(zhì)能級(jí)；或者通過原子間電子云的重分布，增加或減少材料的帶隙值。此外分子團(tuán)簇能處的表面原子和懸掛鍵為帶有孤對(duì)電子的線形分子提供了吸附位點(diǎn)，這些分子（如水分子、氨分子、斕卟啉分子等）在材料表面形成局域偶極子或極化中心，它們與團(tuán)簇相互作用，進(jìn)一步影響材料的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。為了形象展示上述跨學(xué)科內(nèi)容的特點(diǎn)，我們可以著一個(gè)簡(jiǎn)單的表格概括分子團(tuán)簇在二維納米材料點(diǎn)缺陷操縱和能帶調(diào)制中的作用：功能分子團(tuán)簇類型調(diào)節(jié)效果點(diǎn)缺陷定向合成六方金屬缺位精確控制缺陷位置、密度，優(yōu)化材料性質(zhì)能帶結(jié)構(gòu)調(diào)整點(diǎn)缺陷-P型摻雜引入或調(diào)節(jié)帶隙雜質(zhì)能級(jí)表面極性調(diào)節(jié)結(jié)合水分子團(tuán)簇增加表面偶極距和表面態(tài)密度機(jī)理研究電子結(jié)構(gòu)模擬依據(jù)量子化學(xué)模型模擬，闡述點(diǎn)缺陷和能帶調(diào)制間的內(nèi)在聯(lián)系和機(jī)理材料優(yōu)化選擇合成方法與表面分析選擇合適的合成途徑，確保團(tuán)簇具備理想結(jié)構(gòu)和布局通過對(duì)上述分子團(tuán)簇相關(guān)概念和機(jī)制的探索，我們可以為二維納米材料點(diǎn)缺陷調(diào)控提供更深入的理論支持和設(shè)計(jì)指導(dǎo)，從而推動(dòng)材料的工程化應(yīng)用和發(fā)展。2.2.4空位和間隙原子點(diǎn)缺陷作為二維材料結(jié)構(gòu)中常見的substituent缺陷類型，對(duì)材料的電子結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能及光學(xué)特性等產(chǎn)生顯著影響。在諸多點(diǎn)缺陷中，空位(Vacancies)和間隙原子(InterstitialAtoms)是兩種最具代表性且研究較為深入的類型。它們通過改變局域原子排列和電子局域態(tài)密度(LDOS)，進(jìn)而影響材料的整體能帶結(jié)構(gòu)。（1）空位缺陷空位是指晶體結(jié)構(gòu)中原本應(yīng)占據(jù)原子或分子的格點(diǎn)remainedempty狀態(tài)。在二維材料中，空位的引入通常會(huì)導(dǎo)致附近原子發(fā)生弛豫(Relaxation)，使得局部應(yīng)力分布發(fā)生改變以及電子云的重分布。當(dāng)空位鄰近的原子向空位遷移以填補(bǔ)局部能量時(shí)，這種弛豫過程會(huì)顯著改變材料的電子結(jié)構(gòu)。從電子結(jié)構(gòu)理論角度分析，空位的引入相當(dāng)于減少了晶格中的原子數(shù)，從而降低了體系的總能量。具體而言，一個(gè)空位的形成會(huì)減少N個(gè)電子（在理想滿占據(jù)晶格的情況下），并在能帶結(jié)構(gòu)中引入相應(yīng)的態(tài)密度峰或改變?cè)蟹宓奈恢煤蛷?qiáng)度。對(duì)于特定材料而言，空位的數(shù)量和類型（例如邊緣空位、扭折空位等）都會(huì)對(duì)能帶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的調(diào)諧效果。在考慮空位缺陷對(duì)能帶結(jié)構(gòu)影響時(shí)，緊束縛模型(Tight-bindingModel)或第一性原理計(jì)算(First-PrinciplesCalculations)是常用的研究方法。例如，基于密度泛函理論(DFT)的計(jì)算可以幫助我們可視化空位缺陷處的電子局域態(tài)密度(LDOS)。內(nèi)容此處為示意，實(shí)際文檔中需替換為真實(shí)內(nèi)容表)展示了在過渡金屬二硫族化合物(TMDs)如MoS2中引入Centeredvacancy后，LDOS的變化情況。缺陷類型影響機(jī)制能帶結(jié)構(gòu)調(diào)整示例單空位減少局域電子數(shù)，增加局域正電荷密度能帶隙展寬(如MoS2),特定導(dǎo)帶或價(jià)帶能級(jí)發(fā)生紅移/藍(lán)移累積空位產(chǎn)生更強(qiáng)的局域正電荷，影響范圍更廣能帶偏移加劇，可能形成局域能級(jí)邊緣/扭折空位除產(chǎn)生空位本身效應(yīng)外，常伴隨應(yīng)力場(chǎng)，影響更復(fù)雜LDOS顯著增強(qiáng)并紅移，能帶結(jié)構(gòu)調(diào)整更復(fù)雜，依賴于邊緣/扭折結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)?(公式區(qū):此處省略描述空位形成能、能帶結(jié)構(gòu)調(diào)整的理論公式。例如，空位形成能Vd通常表示為：)V其中Evacancy和E（2）間隙原子與空位形成對(duì)照，間隙原子是指被額外引入到晶體晶格的原子或分子，占據(jù)了正常原子之間不應(yīng)該占據(jù)的位置。在二維材料中，常見的間隙位置可以是層內(nèi)(in-layer)的正格間隙(normalinterstitial)或扭折間隙(kinkinterstitial)，亦或是層間的間隙位置。間隙原子的存在會(huì)對(duì)鄰近原子產(chǎn)生排斥作用，導(dǎo)致局部晶格畸變。這種畸變改變了局域電子的成鍵環(huán)境，同樣會(huì)在能帶結(jié)構(gòu)中引入新的特征。例如，當(dāng)間隙原子位于晶格的特定位置時(shí)，它會(huì)與周圍的原子形成局部的化學(xué)鍵，從而在能帶結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生新的離散能級(jí)（如下頁【表】所示，此處引用的表格需在文檔中實(shí)際存在）。這些新增的能級(jí)位于禁帶中或緊鄰帶邊，可以顯著改變材料的導(dǎo)電性。【表】列舉了不同類型的間隙原子對(duì)MDs材體能帶結(jié)構(gòu)的典型影響。需要指出的是，并非所有間隙位置都會(huì)產(chǎn)生類似的電子效應(yīng)，取決于間隙原子的種類、尺寸以及其在晶格中的具體位置。缺陷類型影響機(jī)制能帶結(jié)構(gòu)調(diào)整示例正格/扭折間隙原子增加局域電子數(shù)，引入額外的排斥作用，改變成鍵在禁帶中引入新的局域態(tài)或離散能級(jí)，可能導(dǎo)致能帶移位（通常是藍(lán)移），具有p型或n型摻雜潛力（取決于間隙原子種類和位置）層間間隙原子影響層間距，改變異質(zhì)結(jié)構(gòu)或?qū)娱g耦合強(qiáng)度主要影響層間能級(jí)和耦合，從而調(diào)控跨層隧穿效應(yīng)或異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子特性間隙原子的引入對(duì)于調(diào)控二維材料的導(dǎo)電型別(n-type或p-type)具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。例如，通過選擇合適的間隙原子種類和濃度，可以精確調(diào)控材料的費(fèi)米能級(jí)位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料電學(xué)性能的定向調(diào)控?？傮w而言空位和間隙原子作為點(diǎn)缺陷的兩種重要形式，它們對(duì)二維材料能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制提供了豐富的研究視角。理解這些機(jī)制不僅有助于揭示點(diǎn)缺陷對(duì)材料性質(zhì)的基礎(chǔ)影響規(guī)律，更為進(jìn)一步通過缺陷工程(DefectEngineering)精確設(shè)計(jì)具有特定電子功能的二維納米材料提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。2.3點(diǎn)缺陷對(duì)二維材料物理性質(zhì)的影響點(diǎn)缺陷作為點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)上的不理想狀態(tài)，在二維材料中扮演著至關(guān)重要的角色，它們的存在能夠顯著地、有時(shí)甚至是決定性地改變材料的物理性質(zhì)。這些影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）電子結(jié)構(gòu)調(diào)控點(diǎn)缺陷最直接的影響在于對(duì)二維材料本征電子結(jié)構(gòu)的改變，點(diǎn)缺陷的存在通常會(huì)引入新的能量能級(jí)，這些能級(jí)位于原來的價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底之間，或者展寬了原有的帶隙。根據(jù)缺陷類型（如空位、填隙原子、取代原子等）及其對(duì)稱性，這些引入的能級(jí)可能深嵌帶隙（缺陷態(tài)，D）或位于能帶之中。缺陷類型(示例)引入能級(jí)位置對(duì)帶隙的影響可能影響Si取代(如MoS?)深陷帶隙(d)可能增大或減小帶隙半導(dǎo)體性質(zhì)N取代(如MoS?)深陷帶隙(d)通常增大帶隙增加絕緣性空位(如石墨烯)位于導(dǎo)帶底附近(s)通常減小帶隙或形成半金屬導(dǎo)電性增強(qiáng)O填隙(如石墨烯)通常在費(fèi)米能級(jí)附近可能使材料變?yōu)榘虢饘亠@著改變導(dǎo)電性從能帶工程的角度來看，通過控制缺陷的類型、濃度和分布，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能帶結(jié)構(gòu)乃至費(fèi)米能級(jí)位