二维过渡金属硫化物是继石墨烯之后发现的一类新奇的层状材料,具有优异的光学、电学和催化等性质。由于二维过渡金属硫化物具有可见光范围内带隙可调和原子层厚度的结构等特点,而且不易受短沟道效应的影响,在下一代纳米电子器件和光电子学等领域具有广阔的应用前景。尽管二维过渡金属硫化物在物性研究和原型器件研究中已经取得了一定的进展,但是建立完备的物理模型和实现二维过渡金属硫化物的广泛应用仍存在诸多挑战。在物性研究方面,二维过渡金属硫化物的荧光随外界因素变化的物理机制和二维过渡金属硫化物的铁磁性起源都亟待更深入的研究。在材料制备方面,对二维过渡金属硫化物的气相-固相生长机制需要进一步研究,从而指导二维过渡金属硫化物的实际生长,实现在形状、厚度、尺寸等方面的可控制备。本文以二维WS2和WSe2为具体研究对象,一方面研究了它们的可控生长条件并结合理论模拟研究其生长机制;另一方面研究了二维WS2和WSe2的光致发光性质和磁学性质,寻找光致发光的调控方法和探究二维WS2和WSe2的铁磁性起源;此外,从生长机制出发通过调控生长温度实现了对WS2纳米片的形貌调控,并研究不同生长温度的WS2纳米片的光致发光性质和磁学性质的差异。在生长方面,本文研究了二维WS2和WSe2的化学气相沉积生长及其机制,探索得到可重复的分布均匀的二维WS2和WSe2生长条件。通过选择恰当的前驱体、优化实验参数和改进加热方式等多种手段,利用化学气相沉积方法生长得到在基底上均匀分布的WS2和WSe2单晶纳米片。本文分析了各项实验参数对生长的影响,结合形貌表征发现生长温度和气压对二维WS2和WSe2纳米片的形貌和分布起关键性作用。此外,本文进一步探索了WS2纳米片形貌可控的生长方法,通过控制生长温度实现了WS2纳米片形貌从分形形状到紧凑形状的调控。同时结合动力学蒙特卡罗模拟研究了二维WS2和WSe2纳米片的生长机制,模拟的结果表明温度对纳米片生长的沉积、扩散和脱附等动力学过程的影响决定了纳米片的形貌。在光致发光性质研究方面,本文系统研究了化学气相沉积方法制备的二维WS2和WSe2纳米片的光致发光性质,通过复合宽禁带半导体的方式实现对单层WS2纳米片光致发光性质调控。实验结果表明不同生长实验获得的二维WS2和WSe2纳米片的光致发光光谱的峰位和强度有明显的差异。通过分析二维WS2和WSe2纳米片的光致发光谱的成分,发现缺陷引入的带电激子、束缚激子是造成光致发光光谱峰位移动和强度变化的原因。为了消除缺陷对单层WS2光致发光的影响,通过复合宽禁带半导体WO3钝化单层WS2表面的缺陷,成功地抑制了非本征的带电激子和束缚激子的发光,实现了对单层WS2纳米片光致发光的优化。在磁学研究方面,本文通过实验测试和理论计算结合的方式研究了化学气相沉积生长的二维WS2和WSe2的磁学性质,发现了二维WS2和WSe2的磁性起源是化学键不饱和的边缘。在宏观磁性测试中,化学气相沉积生长的二维WS2和WSe2纳米片具有铁磁性且其转变温度高于室温。本文通过对团簇和纳米带的自旋电荷分布计算发现了局域磁矩分布在不饱和的边缘处,同时利用磁力显微镜测试了单个WS2和WSe2纳米片的磁性区域分布,测试结果同样表明磁性区域分布在纳米片边缘。实验测试结果与理论计算结果相符合,表明了二维WS2和WSe2纳米片的铁磁性起源是边缘处不饱和的原子重构形成的。