近年来,石墨烯由于其独特的层状结构和优异的电学性能吸引了科学家的广泛关注和研究,随着石墨烯研究的快速发展,其他层状二维材料逐渐被发现并被深入研究。其中过渡金属硫族化合物（Transition-Metal dichalcogenides,TMDCs）由于其特殊的半导体性质和优异的光电特性,被广泛应用在光学、储能、催化等方面。二硫化钼（MoS2）作为最典型的TMDCs材料之一,和石墨烯最大区别在于MoS2具有带隙,其带隙大小和层数具有直接的关系。和多层MoS2的间接带隙相比,单层MoS2具有更宽的直接带隙,并且单层MoS2具有更优异光学和电学性能,因此单层MoS2在光电子器件方面具有更广泛的应用前景。单独的MoS2在应用方面还存在较大的局限性,例如带隙较宽、导电性较小等,构建基于MoS2的异质结可以解决MoS2自身存在的缺点,拓宽MoS2的应用范围。现代化光电子器件追求大尺寸和高效率,因此大面积单层MoS2及其高质量异质结的生长制备具有重大的意义。然而目前在生长制备方面仍然存在以下一些难点:单层MoS2在生长过程中难以避免金属Mo原子在单层样品表面成核,导致多层和小面积MoS2的出现;由于合金具有更高的结构熵,导致异质结生长过程中界面出现合金掺杂。针对以上这两个问题,本论文总结了生长单层MoS2及其异质结的各种方法,重点介绍了氢氧根离子辅助生长法,研究了氢氧根离子对大面积单层MoS2及其异质结的生长促进作用。本论文利用此方法实现了大面积单层MoS2,WS2/MoS2水平和垂直异质结的选择性生长,并将生长得到的大面积单层MoS2和少层的MXene材料构建了范德瓦尔斯异质结,并对这些异质结进行了相关的光学和电学研究。主要研究内容如下:1.大面积高质量单层MoS2对生长基底具有很强的选择性,本论文利用氢氧根离子辅助生长法在不同基底上实现了大面积单层MoS2的生长。前驱体溶液中引入的氢氧根离子在MoS2的生长过程中会吸附到单层MoS2最外层的S原子上,有效抑制MoS2在（001）方向上的生长,同时促进MoS2在水平方向上的生长,在SiO2/Si、蓝宝石、石英、云母、石墨烯等七种基底上实现大面积单层MoS2的生长。另外,单层MoS2表面吸附的氢氧根离子可以保护MoS2不被空气中的氧气和水破坏,因此利用生长得到的单层MoS2具有很好的稳定性。氢氧根离子吸附的单层MoS2半导体场效应管在空气中具有很高的载流子迁移率,可以达到30 cm2V-1 S-1。氢氧根离子辅助生长法不仅可以生长大面积单层MoS2,还可以实现其他的大面积单层过渡金属硫化物的生长,包括WS2、ReS2等。2.本论文将氢氧根离子辅助生长得到的单层MoS2和少层Ti3C2Tx MXene纳米片构建了新型异质结,观察到MoS2/Ti3C2Tx异质结光电子器件中出现了新奇的双极性光响应现象。通过对两种材料的能带结构分析,本论文发现Ti3C2Tx中存在的缺陷态会在700-800nm波长的光照下吸附MoS2价带上的电子,导致MoS2内部产生反向电流,在光照下产生电流负响应变化;而在500-700nm波长光照下,MoS2价带上电子跃迁到导带上的数量大于Ti3C2Tx中缺陷态吸附的电子,因此异质结器件仍然呈现正响应电流变化。经过计算发现MoS2/Ti3C2Tx异质结光电子器件在750 nm波长光照下的负响应度为1.9A/W,探测率为2.1 × 1010jones,超过绝大部分MoS2和基于MoS2的异质结器件的负响应性能。双极性光响应的MoS2/Ti3C2Tx异质结也为MoS2和其他的MXene材料构建新型异质结器件应用提供了更多的可能性。3.由于合金具有更高的结构熵,异质结的界面在生长过程中难以避免会产生合金。MoS2表面的氢氧根离子可以有效阻止界面处发生金属的相互替代,有效避免合金的产生。本论文利用氢氧根离子对MoS2的限域和保护作用,在不同温度下实现了高质量大面积WS2/MoS2水平和垂直异质结的选择性生长。在780℃,由于MoS2表面氢氧根离子的保护作用,WS2沿着MoS2的边缘水平外延生长得到水平异质结。异质结最大边长能够达到1 mm,超过目前报导的水平异质结的最大边长。在850℃退火温度下,MoS2表面氢氧根离子迅速分解,WS2在MoS2表面成核外延生长形成垂直异质结。通过飞行时间二次离子质谱仪和理论计算证明了氢氧根离子对WS2/MoS2水平和垂直异质结的生长控制,原子分辨扫描透射电子显微镜结果显示WS2/MoS2清晰无污染的异质结界面和高质量的原子结构。两种异质结材料制备的半导体场效应管器件具有很高的载流子迁移率（58 cm2V-1s-1）和开关比（108）,进一步证明了 WS2/MoS2异质结的高质量。另外本论文在780℃退火得到毫米级的WS2/MoS2水平异质结,对于制备下一代现代化器件具有重大的意义,包括逻辑电路和智能芯片等微型器件。