2.3.2 过渡金属硫族化合物
如前文所述，过渡金属硫族化合物通常有H相和T相之分，他们的衍射强度分布略有差别，因此可以通过电子衍射分析加以区分［46，54］。日本东北大学（Tohoku University）陈明伟课题组系统研究了1H-MoS2和1T-MoS2电子衍射花样并发现借助衍射花样分析甚至可以确认1T-MoS2中S原子的排列方式。图2.15（a）为单层二硫化钼的倒易点阵，阵点按照（h-k）/3分为三组。H相和T相的结构因子分别为：
图2.15 单层MoS2衍射花样的定量分析［46］
（a）1H-MoS2及1T-MoS2的结构示意图及其倒易点阵，阵点按照（h-k）/3分为三类；（b）1H-MoS2及1T-MoS2的电子衍射花样；（c）1H-MoS2各衍射斑点相对{11
0}平均强度的归一化强度；（d）1T-MoS2各衍射斑点相对{110}平均强度的归一化强度
若将散射因子以复数形式
代入上式，可得［46］：
上述分析过程基于运动学理论，忽略了Mo原子两侧S原子对入射波散射的差异，若考虑其动力学过程，需进一步区分S原子对电子衍射过程的影响。
不妨假设
分别为电子束入射面和出射面S原子的散射因子，将
代入上式，可得［46］：
因为入射面和出射面的S原子在实际的电子衍射过程中并不完全等效，所以Δf'
不等于零，代入上式发现单层MoS2衍射花样中三类斑点的强度不同，这直接导致衍射花样的中心对称性被破坏。
图2.15（b）为标定后的1H-MoS2和1T-MoS2电子衍射花样，图2.15（c）和图2.15（d）分别为图2.15（b）中1H-MoS2和1T-MoS2各标定斑点相对{11
0}平均强度的归一化强度。图2.15（c）和图2.15（d）中模拟结果和实验结果均表明，当电子束垂直入射单层MoS2时，无论1H-MoS2还是1T-MoS2，{110}平均强度较{10
0}平均强度大；{110}六个斑点的强度基本相同；{100}六个斑点分属h-k=3n+1和h-k=3n+2两组，前者包括［100］、［010］、［100］，后者包括［010］、［010］、［100］［46］。从图中不难发现，1T-MoS2衍射花样中两组斑点的相对强度差异更加明显。值得注意的是，实验测量的相对强度较模拟计算值偏大，这种偏差在1T-MoS2中尤为突出，这主要归结于表面波纹的存在［49］，表面起伏导致局部区域取向的改变继而影响出射电子束强度。若考虑表面波纹对衍射强度的影响，1T-MoS2中强度比值
/
较平坦时可增大5倍，而1T-MoS2仅增大1.3倍［46］。
如图2.16所示，MoS2表面的粗糙度也可以通过电子衍射分析进行测定。洛桑联邦理工学院（École Polytechnique Fédérale de Lausanne）基斯（Andras Kis）课题组通过改变入射电子束与试样的夹角分别获得电子衍射花样并测绘出衍射斑点展宽随倾角的关系曲线［49］。如图2.16（c）所示，对于1H-MoS2，随着倾角增加，衍射峰展宽增大；进一步计算估测倒易锥形体锥角为7°～13°，相对于平均表面法线的偏差角为±5°；图2.16（d）表明双层MoS2更加平整，相对于平均表面法线的偏差角仅为±0.5°，远小于BLG的偏差角（±2°），表明MoS2的层间范德瓦尔斯作用力强于石墨烯的层间作用力。基斯等结合HRTEM图像证实单层MoS2表面波纹的横向大小为6～10nm，高度为0.6～1nm。此外，通过分析衍射斑点强度随倾角的变化关系同样可以区分单层MoS2。如图2.16（a）和2.16（b）所示，当改变入射电子束与试样的夹角时，对于双层及多层H相MoS2，{100}两组斑点之间的相对强度发生明显变化，而对于1H-MoS2，其相对强度几乎不变。
图2.16 单层及双层MoS2表面粗糙度分析［49］
（a）垂直入射MoS2的示意图及电子衍射花样；（b）入射电子束与MoS2试样夹角为15°时的示意图及电子衍射花样；（c）单层MoS2衍射斑点与倾角的函数关系，每条虚线对应一个特定倾角，计算可得倒易锥形体锥角为7°～13°；（d）单层和双层MoS2{110}峰的FWHM
此外，晶粒尺寸及分布信息还可以通过衍衬像获得。哥伦比亚大学霍恩课题组和康奈尔大学穆勒课题组通过衍衬像研究了CVD法合成的MoS2试样中的晶界及晶粒取向分布［50］，发现六角星形试样中存在多个取向相差180°的镜像孪晶（mirror twin）。北京大学刘忠范课题组研究了蓝宝石基底上生长的MoS2试样中的晶粒取向分布及晶粒融合行为，发现融合处的晶界普遍为扶手椅形取向，阐明了融合过程是由Wulff结构主导的动力学过程［59］。图2.17（a）和图2.17（b）分别为多边形MoS2试样的暗场像和对应的电子衍射花样，显然，多边形试样由具有不同位向的晶粒融合而成，位向差为20°～30°。值得注意的是，晶粒连接区域的位向与三角形晶粒边缘的位向一致，因此，连接两个晶粒的晶界沿图2.17（a）中虚线箭头所示的扶手椅方向。产生上述现象的主要原因是不同位向晶粒之间的融合改变了连接边缘的方向。一方面，根据动力学Wulff结构理论可知，当两个三角形MoS2晶粒相遇时会形成图2.17（c）所示的扶手椅形取向的晶界；另一方面，晶界迁移和晶粒形貌演变之间的相互作用也可能产生上述现象。
图2.17 MoS2晶粒的衍衬像分析［59］
（a）不同位向晶粒连接处的暗场像；（b）为（a）对应的选区电子衍射图谱；（c）晶粒融合形成的晶界的原子结构模型