缺陷功能化MnS掺杂MoS2异质结构的形貌调控与光电性能：实验与理论的双重突破

本研究通过低成本水热法成功制备MnS掺杂MoS2纳米花异质结构，综合运用FE-SEM、TEM、XRD和DFT等方法，揭示了MnS引入导致的界面缺陷对材料结构应变（晶面间距扩大至0.68nm）、能带调控（带隙从1.68eV降至1.54eV）及光电性能的协同优化机制。理论计算证实该异质结构具有显著红移吸收特性，为开发新型光电器件提供了材料基础。

　　

在二维材料研究领域，二硫化钼(MoS₂)因其独特的层状结构和可调谐的电子特性备受关注。然而这种材料在实际应用中面临两大挑战：层间易堆叠导致的活性位点减少，以及本征带隙限制的光吸收范围。更棘手的是，单纯MoS₂的导电性和光响应性能往往难以满足器件要求。为此，孟加拉工程技术大学物理系的研究团队创新性地引入硫化锰(MnS)纳米颗粒，通过构建异质结构实现了材料性能的突破性提升，相关成果发表在《Heliyon》期刊。

研究采用水热法合成系列MnS掺杂MoS₂纳米花，通过场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)表征形貌，X射线衍射(XRD)和拉曼光谱分析结构变化，紫外-可见光谱(UV-Vis)测定光学性质，并结合密度泛函理论(DFT)计算模拟光电性能。所有样品均通过元素分析(EDX)确认组分。

形貌分析显示纯MoS₂呈现典型3D花状结构，纳米花瓣厚度仅10-15nm。掺杂后MnS颗粒附着在花瓣表面并产生裂纹，孔隙率随掺杂量(2-8wt%)从53%降至29%。TEM证实层间距从0.63nm扩大至0.68nm，这种结构变化有利于电荷传输。

结构分析中XRD显示(002)晶面峰位移表明晶格应变，4wt%样品应变最大(28.81)。拉曼光谱在373.82cm^-1(E¹_2g)和403.68cm^-1(A_1g)处特征峰发生蓝移，4wt%样品峰强增加三倍，证实强界面相互作用引发n型掺杂。

光学性能测试显示MnS掺杂使带隙从1.68eV降至1.54eV。DFT模拟揭示异质结构的复介电函数实部增大，吸收光谱红移并拓宽至可见-红外区，反射率在紫外区显著提升。

该研究通过实验与理论的有机结合，证实MnS掺杂可精准调控MoS₂的缺陷结构与电子能带。产生的界面相互作用不仅改善电荷传输性能，还赋予材料宽谱光响应特性。特别值得注意的是，4wt%掺杂样品展现出最优的界面耦合效应，这为开发高效光催化剂、红外探测器等器件提供了新的材料设计思路。研究建立的"缺陷工程-结构表征-性能模拟"研究范式，对其它二维材料异质结构的设计具有重要借鉴意义。