[發明專利]制備二維層狀垂直異質結的方法

有效

• 申請號: 201610894025.X
• 申請日: 2016-10-13
• 公開（公告）號: CN107937949B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 許建斌;萬茜;陳琨
• 申請（專利權）人: 香港中文大學
• 主分類號: C25D5/50
• 分類號: C25D5/50;C25D7/12;C25D9/04;H01L31/109
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;洪欣

本公開提供了制備二維層狀垂直異質結的方法，所述方法包括：將第一材料在含第二材料的電解液中電鍍、在含第三材料的氣體氣氛下加熱以及退火冷卻，由此得到二維層狀垂直異質結。本公開還涉及由所述方法制備的二維層狀垂直異質結及其應用。

技術領域

本公開涉及制備二維層狀材料的方法，尤其涉及制備二維層狀垂直異質結的方法。

背景技術

以石墨烯為代表的二維層狀材料，是近年來學術界和工業界所共同關注的熱點。這些二維層狀材料具有普通三維材料所不具備的奇特的物理化學特性，例如：極其優良的載流子遷移率，優異的導熱特性，極強的防腐蝕性和良好的光透性與柔韌性。

由于具有這些特性，二維層狀材料，如石墨烯，六方氮化硼及過渡金屬硫屬化合物，在柔性/可穿戴/觸屏電子技術、光電傳感領域、高頻電子領域、功能器件導熱/導電領域、太陽能/燃料/鋰離子電池領域、海水淡化領域、環保領域及醫用軍用功能材料領域具有及其重要的作用與應用。

然而，如何有效且可重復性地大面積低成本制備二維層狀異質結材料，特別是如何直接制備二維層狀過渡金屬硫屬化合物/石墨烯垂直異質結，一直是學術界與工業界所面對的巨大挑戰之一。迄今為止，單獨制備二維層狀過渡金屬硫屬化合物(TMD)的方法，以最常見的二硫化鉬(MoS₂)納米片為例，主要有：

1.利用高純度的三氧化鉬粉(MoO₃)(Y.H.Lee,X.Q.Zhang,W.Zhang,M.T.Chang 1,C.T.Lin,K.D.Chang,Y.C.Yu,J.T.Wang,C.S.Chang,L.J.Li,T.W.Lin,Adv.Mater.2012,24,2320)、或者利用熱蒸發的納米鉬(Mo)金屬薄膜(Y.Zhan,Z.Liu,S.Najmaei,P.M.Ajayan,J.Lou,Small 2012,8,966)作為前軀體，通過在惰性氣體的環境下(常見在氬氣保護下)與高純度的硫粉(S)反應，從而在二氧化硅襯底或硅襯底上進行制備的方法；

2.利用微量Mo(CO)₆氣體源的方法(K.Kang,S.Xie,L.Huang,Y.Han,P.Y.Huang,K.F.Mak,C.-J.Kim,D.Muller,J.Park,Nature 2015,520,656)；

3利用四硫代鉬酸銨(NH₄)₂MoS₄直接熱分解的方法(K.K.Liu,W.Zhang,Y.H.Lee,Y.C.Lin,M.T.Chang,C.Y.Su,C.S.Chang,H.Li,Y.Shi,H.Zhang,C.S.Lai,L.J.Li,NanoLett.2012,12,1538)。

于此同時，單獨制備大面積石墨烯的方法，主要有：

1.在銅箔表面利用氣體甲烷(CH₄)脫氫催化的化學氣相沉積(CVD)法(X.Li,W.Cai,J.An,S.Kim,J.Nah,D.Yang,R.Piner,A.Velamakanni,I.Jung,E.Tutuc,S.K.Banerjee,L.Colombo,R.S.Ruoff,Science 2009,324,1312)；

2.利用其他固體或者氣體碳源的方法(Xi Wan,Kun Chen和Jianbin Xu,Small2014,10,4443)。

然而，此類化學氣相沉積(CVD)方法自身存在有若干問題，例如，前軀體成本過高，設備昂貴復雜，而且采用上述制備方法得到的二維層狀過渡金屬硫屬化合物的尺寸均較小，并且需要采用額外的有機物支撐層和化學溶劑，如HF等。人工將二維層狀過渡金屬硫屬化合物轉移至石墨烯表面，工序復雜，很難達到工業上所需的大面積、高產量、低成本的要求。因此，這極大地限制了此類二維材料在場效應晶體管(FET)和光電探測器等光電器件領域的應用。

因此，本領域亟需一種新的制備方法來解決尚存在的缺點。