Two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMDs) receive significant attention due to their intriguing physical properties for both fundamental research and potential applications in electronics, optoelectronics, and catalysis. A high-quality 2D film of NiSe2, a TMD material, is grown epitaxially by a single step direct selenization of a Ni(111) substrate. X-ray photoemission spectroscopy, low-energy electron diffraction, scanning tunneling microscopy, and density functional theory calculations are combined to confirm the formation and structure of the film, revealing a (√3 × √3) superlattice of the NiSe2 film formed on the (√7 × √7) superlattice of the substrate. Fabrication of this 2D NiSe2 film opens opportunities to research its applications, especially for electrocatalysis and energy storage devices.

1.
K. S.
Novoselov
,
V. I.
Fal'ko
,
L.
Colombo
,
P. R.
Gellert
,
M. G.
Schwab
, and
K.
Kim
,
Nature
490
(
7419
),
192
(
2012
).
2.
K. S.
Novoselov
,
A.
Mishchenko
,
A.
Carvalho
, and
A. H.
Castro Neto
,
Science
353
(
6298
),
9439
(
2016
).
3.
Y.
Pan
,
L.
Zhang
,
L.
Huang
,
L.
Li
,
L.
Meng
,
M.
Gao
,
Q.
Huan
,
X.
Lin
,
Y.
Wang
,
S.
Du
,
H.-J.
Freund
, and
H.-J.
Gao
,
Small
10
(
11
),
2215
(
2014
).
4.
A.
Molle
,
J.
Goldberger
,
M.
Houssa
,
Y.
Xu
,
S. C.
Zhang
, and
D.
Akinwande
,
Nat. Mater.
16
(
2
),
163
(
2017
).
5.
L.
Li
,
Y.
Wang
,
S.
Xie
,
X. B.
Li
,
Y. Q.
Wang
,
R.
Wu
,
H.
Sun
,
S.
Zhang
, and
H. J.
Gao
,
Nano Lett.
13
(
10
),
4671
(
2013
).
6.
Y. Q.
Wang
,
X.
Wu
,
Y. L.
Wang
,
Y.
Shao
,
T.
Lei
,
J. O.
Wang
,
S. Y.
Zhu
,
H.
Guo
,
L. X.
Zhao
,
G. F.
Chen
,
S.
Nie
,
H. M.
Weng
,
K.
Ibrahim
,
X.
Dai
,
Z.
Fang
, and
H. J.
Gao
,
Adv. Mater.
28
(
25
),
5013
(
2016
).
7.
X.
Wu
,
Y.
Shao
,
H.
Liu
,
Z.
Feng
,
Y. L.
Wang
,
J. T.
Sun
,
C.
Liu
,
J. O.
Wang
,
Z. L.
Liu
,
S. Y.
Zhu
,
Y. Q.
Wang
,
S. X.
Du
,
Y. G.
Shi
,
K.
Ibrahim
, and
H. J.
Gao
,
Adv. Mater.
29
,
1605407
(
2017
).
8.
Q. H.
Wang
,
K.
Kalantar-Zadeh
,
A.
Kis
,
J. N.
Coleman
, and
M. S.
Strano
,
Nat. Nanotechnol.
7
(
11
),
699
(
2012
).
9.
M.
Chhowalla
,
H. S.
Shin
,
G.
Eda
,
L. J.
Li
,
K. P.
Loh
, and
H.
Zhang
,
Nat. Chem.
5
(
4
),
263
(
2013
).
10.
C.
Tan
and
H.
Zhang
,
Chem. Soc. Rev.
44
(
9
),
2713
(
2015
).
11.
C.
Gong
,
H.
Zhang
,
W.
Wang
,
L.
Colombo
,
R. M.
Wallace
, and
K.
Cho
,
Appl. Phys. Lett.
103
(
5
),
053513
(
2013
).
12.
J. A.
Wilson
and
A. D.
Yoffe
,
Adv. Phys.
18
(
73
),
193
(
1969
).
13.
B.
Sipos
,
A. F.
Kusmartseva
,
A.
Akrap
,
H.
Berger
,
L.
Forro
, and
E.
Tutis
,
Nat. Mater.
7
(
12
),
960
(
2008
).
14.
A. H.
Castro Neto
,
Phys. Rev. Lett.
86
(
19
),
4382
(
2001
).
15.
D.
Kong
,
J. J.
Cha
,
H.
Wang
,
H. R.
Lee
, and
Y.
Cui
,
Energy Environ. Sci.
6
(
12
),
3553
(
2013
).
16.
A. B.
Laursen
,
S.
Kegnæs
,
S.
Dahl
, and
I.
Chorkendorff
,
Energy Environ. Sci.
5
(
2
),
5577
(
2012
).
17.
C.
Muratore
,
V.
Varshney
,
J. J.
Gengler
,
J. J.
Hu
,
J. E.
Bultman
,
T. M.
Smith
,
P. J.
Shamberger
,
B.
Qiu
,
X.
Ruan
,
A. K.
Roy
, and
A. A.
Voevodin
,
Appl. Phys. Lett.
102
(
8
),
081604
(
2013
).
18.
A.
Splendiani
,
L.
Sun
,
Y.
Zhang
,
T.
Li
,
J.
Kim
,
C. Y.
Chim
,
G.
Galli
, and
F.
Wang
,
Nano Lett.
10
(
4
),
1271
(
2010
).
19.
Y.
Zhang
,
T. R.
Chang
,
B.
Zhou
,
Y. T.
Cui
,
H.
Yan
,
Z.
Liu
,
F.
Schmitt
,
J.
Lee
,
R.
Moore
,
Y.
Chen
,
H.
Lin
,
H. T.
Jeng
,
S. K.
Mo
,
Z.
Hussain
,
A.
Bansil
, and
Z. X.
Shen
,
Nat. Nanotechnol.
9
(
2
),
111
(
2014
).
20.
K. F.
Mak
,
K.
He
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Nat. Nanotechnol.
7
(
8
),
494
(
2012
).
21.
K. F.
Mak
,
C.
Lee
,
J.
Hone
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Phys. Rev. Lett.
105
(
13
),
136805
(
2010
).
22.
J. A.
Reyes-Retana
and
F.
Cervantes-Sodi
,
Sci. Rep.
6
,
24093
(
2016
).
23.
J. S.
Ross
,
S.
Wu
,
H.
Yu
,
N. J.
Ghimire
,
A. M.
Jones
,
G.
Aivazian
,
J.
Yan
,
D. G.
Mandrus
,
D.
Xiao
,
W.
Yao
, and
X.
Xu
,
Nat. Commun.
4
,
1474
(
2013
).
24.
B.
Radisavljevic
,
A.
Radenovic
,
J.
Brivio
,
V.
Giacometti
, and
A.
Kis
,
Nat. Nanotechnol.
6
(
3
),
147
(
2011
).
25.
A.
Sanne
,
R.
Ghosh
,
A.
Rai
,
H. C. P.
Movva
,
A.
Sharma
,
R.
Rao
,
L.
Mathew
, and
S. K.
Banerjee
,
Appl. Phys. Lett.
106
(
6
),
062101
(
2015
).
26.
X.
Wang
,
T.-B.
Zhang
,
W.
Yang
,
H.
Zhu
,
L.
Chen
,
Q.-Q.
Sun
, and
D. W.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
110
(
5
),
053110
(
2017
).
27.
Y.
Wang
,
L.
Li
,
W.
Yao
,
S.
Song
,
J. T.
Sun
,
J.
Pan
,
X.
Ren
,
C.
Li
,
E.
Okunishi
,
Y. Q.
Wang
,
E.
Wang
,
Y.
Shao
,
Y. Y.
Zhang
,
H. T.
Yang
,
E. F.
Schwier
,
H.
Iwasawa
,
K.
Shimada
,
M.
Taniguchi
,
Z.
Cheng
,
S.
Zhou
,
S.
Du
,
S. J.
Pennycook
,
S. T.
Pantelides
, and
H. J.
Gao
,
Nano Lett.
15
(
6
),
4013
(
2015
).
28.
Z.
Zeng
,
Z.
Yin
,
X.
Huang
,
H.
Li
,
Q.
He
,
G.
Lu
,
F.
Boey
, and
H.
Zhang
,
Angew. Chem.
50
(
47
),
11093
(
2011
).
29.
X.
Xi
,
L.
Zhao
,
Z.
Wang
,
H.
Berger
,
L.
Forro
,
J.
Shan
, and
K. F.
Mak
,
Nat. Nanotechnol.
10
(
9
),
765
(
2015
).
30.
K. E.
Aretouli
,
P.
Tsipas
,
D.
Tsoutsou
,
J.
Marquez-Velasco
,
E.
Xenogiannopoulou
,
S. A.
Giamini
,
E.
Vassalou
,
N.
Kelaidis
, and
A.
Dimoulas
,
Appl. Phys. Lett.
106
(
14
),
143105
(
2015
).
31.
X.
Lin
,
J. C.
Lu
,
Y.
Shao
,
Y. Y.
Zhang
,
X.
Wu
,
J. B.
Pan
,
L.
Gao
,
S. Y.
Zhu
,
K.
Qian
,
Y. F.
Zhang
,
D. L.
Bao
,
L. F.
Li
,
Y. Q.
Wang
,
Z. L.
Liu
,
J. T.
Sun
,
T.
Lei
,
C.
Liu
,
J. O.
Wang
,
K.
Ibrahim
,
D. N.
Leonard
,
W.
Zhou
,
H. M.
Guo
,
Y. L.
Wang
,
S. X.
Du
,
S. T.
Pantelides
, and
H. J.
Gao
,
Nat. Mater.
16
,
717
(
2017
).
32.
F.
Gong
,
X.
Xu
,
Z.
Li
,
G.
Zhou
, and
Z. S.
Wang
,
Chem. Commun.
49
(
14
),
1437
(
2013
).
33.
M.-Z.
Xue
and
Z.-W.
Fu
,
Electrochem. Commun.
8
(
12
),
1855
(
2006
).
34.
I. H.
Kwak
,
H. S.
Im
,
D. M.
Jang
,
Y. W.
Kim
,
K.
Park
,
Y. R.
Lim
,
E. H.
Cha
, and
J.
Park
,
ACS Appl Mater Interfaces
8
(
8
),
5327
(
2016
).
35.
35F.
Wang
,
Y.
Li
,
T. A.
Shifa
,
K.
Liu
,
F.
Wang
,
Z.
Wang
,
P.
Xu
,
Q.
Wang
, and
J.
He
,
Angew. Chem.
128
(
24
),
7033
(
2016
).
36.
Y.
Shen
,
X.
Ren
,
X.
Qi
,
J.
Zhou
,
G.
Xu
,
Z.
Huang
, and
J.
Zhong
,
J. Mater. Sci.: Mater. Electron.
28
(
1
),
768
(
2016
).
37.
N. S.
Arul
and
J. I.
Han
,
Mater. Lett.
181
,
345
(
2016
).
38.
C.
Ataca
,
H.
Şahin
, and
S.
Ciraci
,
J. Phys. Chem. C
116
(
16
),
8983
(
2012
).
39.
J. A.
Reyes-Retana
,
G. G.
Naumis
, and
F.
Cervantes-Sodi
,
J. Phys. Chem. C
118
(
6
),
3295
(
2014
).
40.
S.
Helveg
,
J.
Vang Lauritsen
,
E.
Lægsgaard
,
I.
Stensgaard
,
J.
Kehlet Nørskov
,
B. S.
Clausen
,
H.
Topsøe
, and
F.
Besenbacher
,
Phys. Rev. Lett.
84
(
5
),
951
(
2000
).
41.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Phys. Rev. B
54
(
16
),
11169
(
1996
).
42.
P. E.
Blöchl
,
Phys. Rev. B
50
(
24
),
17953
(
1994
).
43.
G.
Kresse
and
D.
Joubert
,
Phys. Rev. B
59
(
3
),
1758
(
1999
).
44.
J.
Tersoff
and
D. R.
Hamann
,
Phys. Rev. Lett.
50
(
25
),
1998
(
1983
).
45.
J.
Tersoff
and
D. R.
Hamann
,
Phys. Rev. B
31
(
2
),
805
(
1985
).
You do not currently have access to this content.