二セレン化タングステン

二セレン化タングステン
	; グラフェン上のWSe 2単分子層（黄色）とその原子画像（挿入図）
識別子
CAS番号	12067-46-8;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
ECHA 情報カード	100.031.877
EC番号	235-078-7;
パブケム CID	82910;
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID8065240;
	InChI InChI=1S/2Se.W キー: ROUIDRHELGULJS-UHFFFAOYSA-N;
	笑顔 [Se]=[W]=[Se];
プロパティ
化学式	WSe 2
モル質量	341.76グラム/モル
外観	灰色から黒色
臭い	無臭
密度	9.32 g/cm3 [
融点	> 1200 °C
水への溶解度	不溶性の
バンドギャップ	約1 eV（間接、バルク）; 約1.7 eV（直接、単層）
構造
結晶構造	hP6、空間群 P6; 3/mmc、No 194
格子定数	a = 0.3297 nm、c = 1.2982 nm
座標幾何学	三角柱状(W IV ); 錐状 (Se 2− )
熱化学
; 標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 )	-185.3 kJ mol −1
危険
	労働安全衛生（OHS/OSH）：
主な危険	外部MSDS
関連化合物
その他の陰イオン	二セレン化タンタル
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。インフォボックス参照

二セレン化タングステンは、化学式WSe _2の無機化合物です。^[6] この化合物は、二硫化モリブデンに似た六方晶構造をしています。タングステン原子は、三方柱状の配位球で6つのセレン配位子と共有結合しており、各セレンはピラミッド形状で3つのタングステン原子に結合しています。タングステン–セレン結合の長さは0.2526 nmで、セレン原子間の距離は0.334 nmです。^{[7]これは、}層状物質のよく研究された例です。層はファンデルワールス相互作用によって積み重なります。WSe _{2 は、}第VI族遷移金属ジカルコゲニドの中で非常に安定した半導体です。

構造と特性

六方晶系（P6 ₃ /mmc）多形2H-WSe _{2は六方晶系}MoS ₂と同型である。2次元格子構造は、WとSeが六方対称の層状に周期的に配置されたものである。グラファイトと同様に、ファンデルワールス相互作用が層を結合しているが、WSe ₂の2D層は原子レベルでは薄くない。Wカチオンのサイズが大きいため、WSe _{2の格子構造はMoS}₂よりも変化に敏感である。^[8]

典型的な半導体六方構造に加えて、WSe ₂の2番目の金属多形が存在します。この相1T-WSe _{2は、繰り返し単位ごとに1つのWSe}₂層を持つ正方対称に基づいています。1T-WSe ₂相は安定性が低く、2H-WSe ₂相に遷移します。^[8]^[9] WSe _{2 は}フラーレンのような構造を形成できます。

ヤング率は薄片の層数に応じて大きく変化する。単層の場合、報告されているヤング率は258.6 ± 38.3 GPaである。^[10]

合成

スパッタ蒸着法を用いて、タングステン薄膜をガス状セレンの圧力下で高温（>800 K）で加熱すると、正しい化学量論比で六方構造に結晶化する。^[11]

W + 2 Se → WSe ₂

潜在的な用途

遷移金属二カルコゲニドの太陽電池やフォトニクスへの応用の可能性については、しばしば議論されている。[ 13 ^]バルクWSe
₂光学バンドギャップは約1.35 eVで、温度依存性は-4.6 × 10⁻⁴ eV/K.^[14] WSe
₂光電極は酸性条件でも塩基性条件でも安定しており、電気化学太陽電池に潜在的に有用である。^[15]^[16]^[17]

WSeの特性
₂単分子層は半導体に典型的であるようにバルク状態とは異なる。機械的に剥離されたWSe単分子層
₂は、 LED特性を持つ透明な光起電材料である。^[18]得られた太陽電池は入射光の95％を透過し、残りの5％の10分の1が電力に変換される。^[19]^[20]この材料は、隣接する金属電極の電圧を正から負に変えることでp型からn型に変えることができ、それを使って作られたデバイスは調整可能なバンドギャップを持つことができる。^[21]

参照

遷移金属二カルコゲニド単分子膜

参考文献

^ チウ、ミンフイ;張、成東。シウ、フンウェイ。チュー、チーピャオ。チェン・チャンシャオ;チャン・チーユアン S.チェン、チアハオ。チョウ・メイイン;シー、チーカン。リー・レインジョン (2015)。「単層 MoS2/WSe2 ヘテロ接合におけるバンド配列の決定」。ネイチャーコミュニケーションズ。6 : 7666.arXiv : 1406.5137。Bibcode :2015NatCo...6.7666C。土井：10.1038/ncomms8666。PMC 4518320。PMID 26179885。
^ ab Agarwal, MK; Wani, PA (1979). 「Mo _1−x W _x Se ₂系列の層状化合物の成長条件と結晶構造パラメータ」。Materials Research Bulletin . 14 (6): 825–830. doi :10.1016/0025-5408(79)90144-2.
^ Prakash, Abhijith; Appenzeller, Joerg (2017-02-28). 「イオン液体ゲートWSe2ショットキーバリアトランジスタのバンドギャップ抽出とデバイス分析」. ACS Nano . 11 (2): 1626–1632. doi :10.1021/acsnano.6b07360. ISSN 1936-0851. PMID 28191930.
^ Yun, Won Seok; Han, SW; Hong, Soon Cheol; Kim, In Gee; Lee, JD (2012). 「遷移金属ジカルコゲニドの電子構造に対する厚さとひずみの影響: 2H- MX ₂半導体 ( M = Mo、W; X = S、Se、Te)」. Physical Review B . 85 (3): 033305. Bibcode :2012PhRvB..85c3305Y. doi :10.1103/PhysRevB.85.033305.
^ O'Hare, PAG; Lewis, Brett M.; Parkinson, BA (1988年6月)。「フッ素燃焼熱量測定による二セレン化タングステン(WSe2)の標準モル生成エンタルピー。WSe2の高温蒸発の熱力学。モリブデン鉱(MoS2)の標準モル生成エンタルピーの改訂値」。The Journal of Chemical Thermodynamics。20 ( 6): 681–691。doi : 10.1016 /0021-9614(88)90019-5。
^ Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001)、Wiberg, Nils (ed.)、Inorganic Chemistry、Eagleson, Mary 訳、Brewer, William、サンディエゴ/ベルリン: Academic Press/De Gruyter、ISBN 0-12-352651-5
^ シュッテ、WJ; ＪＬ、デ・ブール；ジェリネック、F. (1986)。「二硫化タングステンと二セレン化タングステンの結晶構造」。固体化学ジャーナル。70 (2): 207–209。Bibcode :1987JSSCh..70..207S。土井：10.1016/0022-4596(87)90057-0。
^ ab Eftekhari, Ali (2017). 「タングステンジカルコゲニド（WS 2 、 WSe 2 、WTe 2 ）：材料化学と応用」。Journal of Materials Chemistry A。5 （35）：18299–18325。doi ：10.1039/C7TA04268J。ISSN 2050-7488 。
^ Ma, Yuqiang; Liu, Bilu; Zhang, Anyi; Chen, Liang; Fathi, Mohammad; Shen, Chenfei; Abbas, Ahmad N.; Ge, Mingyuan; Mecklenburg, Matthew; Zhou, Chongwu (2015-07-28). 「化学蒸着法で成長させた単層 WSe 2 の半導体から金属への可逆的な相転移とデバイスへの応用」. ACS Nano . 9 (7): 7383–7391. doi :10.1021/acsnano.5b02399. ISSN 1936-0851. PMID 26125321.
^ ファリン、アレクセイ;ホルウィル、マシュー。 LV、海峰。ガン、ウェイ。チェン、ジュン；張、瑞。銭、東。バーネット、マシュー R.サントス、エルトン JG。ノボセロフ、コンスタンチン S.タオ、タオ。ウー・シャオジュン。李、盧華（2021年2月23日）。「原子的に薄いタングステンジカルコゲナイドの機械的性質: WS 2 、WSe 2 、および WTe 2」。ACSナノ。15 (2): 2600–2610。arXiv : 2101.11869。土井：10.1021/acsnano.0c07430。PMID 33503379。S2CID 231719536 。
^ Pouzet, J.; Bernede, JC; Khellil, A.; Essaidi, H.; Benhida, S. (1992). 「セレン化タングステン薄膜の作製と特性評価」. Thin Solid Films . 208 (2): 252–259. Bibcode :1992TSF...208..252P. doi :10.1016/0040-6090(92)90652-R.
^ Lin, YC; Björkman, TR; Komsa, HP; Teng, PY; Yeh, CH; Huang, FS; Lin, KH; Jadczak, J.; Huang, YS; Chiu, PW; Krasheninnikov, AV; Suenaga, K. (2015). 「2次元遷移金属ジカルコゲニドの3倍回転欠陥」. Nature Communications . 6 :6736. Bibcode :2015NatCo...6.6736L. doi : 10.1038/ncomms7736. PMC 4396367. PMID 25832503.
^ Mak, Kin Fai; Shan, Jie (2016). 「2D半導体遷移金属ジカルコゲニドのフォトニクスとオプトエレクトロニクス」Nature Photonics . 10 (4): 216–226. Bibcode :2016NaPho..10..216M. doi :10.1038/nphoton.2015.282. S2CID 124091327.
^ Upadhyayula, LC; Loferski, JJ; Wold, A.; Giriat, W.; Kershaw, R. (1968). 「n型およびp型二セレン化タングステン（WSe ₂）単結晶の半導体特性」Journal of Applied Physics . 39 (10): 353–358. Bibcode :1968JAP....39.4736U. doi :10.1063/1.1655829.
^ ゴブレヒト、J.;ゲリッシャー、H.トリブッチ、H. (1978)。「dバンド半導体二セレン化タングステンをベースとした電気化学太陽電池」。物理化学の基礎。82 (12): 1331–1335。土井：10.1002/bbpc.19780821212。
^ Xia, Fengnian; Wang, Han; Xiao, Di; Dubey, Madan; Ramasubramaniam, Ashwin (2014). 「2次元材料ナノフォトニクス」. Nature Photonics . 8 (12): 899–907. arXiv : 1410.3882 . Bibcode :2014NaPho...8..899X. doi :10.1038/nphoton.2014.271. S2CID 14682447.
^ Zhang, Xin; Qiao, Xiao-Fen; Shi, Wei; Wu, Jiang-Bin; Jiang, De-Sheng; Tan, Ping-Heng (2015). 「単層、多層からバルク材料までの2次元遷移金属ジカルコゲニドのフォノンおよびラマン散乱」。Chem . Soc. Rev. 44 ( 9): 2757–85. arXiv : 1502.00701 . Bibcode :2015arXiv150200701Z. doi :10.1039/C4CS00282B. PMID 25679474. S2CID 3215062.
^ Li, Hai; Wu, Jumiati; Yin, Zongyou; Zhang, Hua (2014). 「機械的に剥離した単層および多層MoS2およびWSe2ナノシートの調製と応用」。化学研究報告。47 (4): 1067–1075。doi :10.1021/ar4002312。PMID 24697842 。
^ 「二セレン化タングステンが超薄型、フレキシブル、半透明太陽電池の可能性を示す」Gizmag.com。2014年3月11日。2014年8月17日閲覧。
^ Florian Aigenr (2014年3月10日). 「原子レベルで薄い太陽電池」（プレスリリース）. ウィーン工科大学. 2014年8月18日閲覧。
^ イ・ソンジュン;林肇陽。黄、金。チョイ、クリストファー。チェン、ペン。劉袁。郭、建。ジア、チュアンチェン。ワン、イーリウ。廖、清涼。シャキール、イムラン。ドゥアン、西東。ダン、ブルース。張岳。黄、宇。ドゥアン、シャンフェン（2020）。「超イオンヨウ化銀による二次元半導体の可逆的固体ドーピングに基づくプログラム可能なデバイス」。ネイチャーエレクトロニクス。3 (10): 630–637。土井：10.1038/s41928-020-00472-x。S2CID 224896469。

[1] チウ、ミンフイ;張、成東。シウ、フンウェイ。チュー、チーピャオ。チェン・チャンシャオ;チャン・チーユアン S.チェン、チアハオ。チョウ・メイイン;シー、チーカン。リー・レインジョン (2015)。「単層 MoS2/WSe2 ヘテロ接合におけるバンド配列の決定」。ネイチャーコミュニケーションズ。6 : 7666.arXiv : 1406.5137。Bibcode :2015NatCo...6.7666C。土井：10.1038/ncomms8666。PMC 4518320。PMID 26179885。

[str-2] Agarwal, MK; Wani, PA (1979). 「Mo _1−x W _x Se ₂系列の層状化合物の成長条件と結晶構造パラメータ」。Materials Research Bulletin . 14 (6): 825–830. doi :10.1016/0025-5408(79)90144-2.

[3] Prakash, Abhijith; Appenzeller, Joerg (2017-02-28). 「イオン液体ゲートWSe2ショットキーバリアトランジスタのバンドギャップ抽出とデバイス分析」. ACS Nano . 11 (2): 1626–1632. doi :10.1021/acsnano.6b07360. ISSN 1936-0851. PMID 28191930.

[4] Yun, Won Seok; Han, SW; Hong, Soon Cheol; Kim, In Gee; Lee, JD (2012). 「遷移金属ジカルコゲニドの電子構造に対する厚さとひずみの影響: 2H- MX ₂半導体 ( M = Mo、W; X = S、Se、Te)」. Physical Review B . 85 (3): 033305. Bibcode :2012PhRvB..85c3305Y. doi :10.1103/PhysRevB.85.033305.

[5] O'Hare, PAG; Lewis, Brett M.; Parkinson, BA (1988年6月)。「フッ素燃焼熱量測定による二セレン化タングステン(WSe2)の標準モル生成エンタルピー。WSe2の高温蒸発の熱力学。モリブデン鉱(MoS2)の標準モル生成エンタルピーの改訂値」。The Journal of Chemical Thermodynamics。20 ( 6): 681–691。doi : 10.1016 /0021-9614(88)90019-5。

[6] Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001)、Wiberg, Nils (ed.)、Inorganic Chemistry、Eagleson, Mary 訳、Brewer, William、サンディエゴ/ベルリン: Academic Press/De Gruyter、ISBN 0-12-352651-5

[7] シュッテ、WJ; ＪＬ、デ・ブール；ジェリネック、F. (1986)。「二硫化タングステンと二セレン化タングステンの結晶構造」。固体化学ジャーナル。70 (2): 207–209。Bibcode :1987JSSCh..70..207S。土井：10.1016/0022-4596(87)90057-0。

[:0-8] Eftekhari, Ali (2017). 「タングステンジカルコゲニド（WS 2 、 WSe 2 、WTe 2 ）：材料化学と応用」。Journal of Materials Chemistry A。5 （35）：18299–18325。doi ：10.1039/C7TA04268J。ISSN 2050-7488 。

[Ma_7383–7391-9] Ma, Yuqiang; Liu, Bilu; Zhang, Anyi; Chen, Liang; Fathi, Mohammad; Shen, Chenfei; Abbas, Ahmad N.; Ge, Mingyuan; Mecklenburg, Matthew; Zhou, Chongwu (2015-07-28). 「化学蒸着法で成長させた単層 WSe 2 の半導体から金属への可逆的な相転移とデバイスへの応用」. ACS Nano . 9 (7): 7383–7391. doi :10.1021/acsnano.5b02399. ISSN 1936-0851. PMID 26125321.

[foob-10] ファリン、アレクセイ;ホルウィル、マシュー。 LV、海峰。ガン、ウェイ。チェン、ジュン；張、瑞。銭、東。バーネット、マシュー R.サントス、エルトン JG。ノボセロフ、コンスタンチン S.タオ、タオ。ウー・シャオジュン。李、盧華（2021年2月23日）。「原子的に薄いタングステンジカルコゲナイドの機械的性質: WS 2 、WSe 2 、および WTe 2」。ACSナノ。15 (2): 2600–2610。arXiv : 2101.11869。土井：10.1021/acsnano.0c07430。PMID 33503379。S2CID 231719536 。

[11] Pouzet, J.; Bernede, JC; Khellil, A.; Essaidi, H.; Benhida, S. (1992). 「セレン化タングステン薄膜の作製と特性評価」. Thin Solid Films . 208 (2): 252–259. Bibcode :1992TSF...208..252P. doi :10.1016/0040-6090(92)90652-R.

[12] Lin, YC; Björkman, TR; Komsa, HP; Teng, PY; Yeh, CH; Huang, FS; Lin, KH; Jadczak, J.; Huang, YS; Chiu, PW; Krasheninnikov, AV; Suenaga, K. (2015). 「2次元遷移金属ジカルコゲニドの3倍回転欠陥」. Nature Communications . 6 :6736. Bibcode :2015NatCo...6.6736L. doi : 10.1038/ncomms7736. PMC 4396367. PMID 25832503.

[13] Mak, Kin Fai; Shan, Jie (2016). 「2D半導体遷移金属ジカルコゲニドのフォトニクスとオプトエレクトロニクス」Nature Photonics . 10 (4): 216–226. Bibcode :2016NaPho..10..216M. doi :10.1038/nphoton.2015.282. S2CID 124091327.

[14] Upadhyayula, LC; Loferski, JJ; Wold, A.; Giriat, W.; Kershaw, R. (1968). 「n型およびp型二セレン化タングステン（WSe ₂）単結晶の半導体特性」Journal of Applied Physics . 39 (10): 353–358. Bibcode :1968JAP....39.4736U. doi :10.1063/1.1655829.

[15] ゴブレヒト、J.;ゲリッシャー、H.トリブッチ、H. (1978)。「dバンド半導体二セレン化タングステンをベースとした電気化学太陽電池」。物理化学の基礎。82 (12): 1331–1335。土井：10.1002/bbpc.19780821212。

[16] Xia, Fengnian; Wang, Han; Xiao, Di; Dubey, Madan; Ramasubramaniam, Ashwin (2014). 「2次元材料ナノフォトニクス」. Nature Photonics . 8 (12): 899–907. arXiv : 1410.3882 . Bibcode :2014NaPho...8..899X. doi :10.1038/nphoton.2014.271. S2CID 14682447.

[17] Zhang, Xin; Qiao, Xiao-Fen; Shi, Wei; Wu, Jiang-Bin; Jiang, De-Sheng; Tan, Ping-Heng (2015). 「単層、多層からバルク材料までの2次元遷移金属ジカルコゲニドのフォノンおよびラマン散乱」。Chem . Soc. Rev. 44 ( 9): 2757–85. arXiv : 1502.00701 . Bibcode :2015arXiv150200701Z. doi :10.1039/C4CS00282B. PMID 25679474. S2CID 3215062.

[18] Li, Hai; Wu, Jumiati; Yin, Zongyou; Zhang, Hua (2014). 「機械的に剥離した単層および多層MoS2およびWSe2ナノシートの調製と応用」。化学研究報告。47 (4): 1067–1075。doi :10.1021/ar4002312。PMID 24697842 。

[19] 「二セレン化タングステンが超薄型、フレキシブル、半透明太陽電池の可能性を示す」Gizmag.com。2014年3月11日。2014年8月17日閲覧。

[20] Florian Aigenr (2014年3月10日). 「原子レベルで薄い太陽電池」（プレスリリース）. ウィーン工科大学. 2014年8月18日閲覧。

[21] イ・ソンジュン;林肇陽。黄、金。チョイ、クリストファー。チェン、ペン。劉袁。郭、建。ジア、チュアンチェン。ワン、イーリウ。廖、清涼。シャキール、イムラン。ドゥアン、西東。ダン、ブルース。張岳。黄、宇。ドゥアン、シャンフェン（2020）。「超イオンヨウ化銀による二次元半導体の可逆的固体ドーピングに基づくプログラム可能なデバイス」。ネイチャーエレクトロニクス。3 (10): 630–637。土井：10.1038/s41928-020-00472-x。S2CID 224896469。