[發明專利]一種利用石墨烯抑制鉑表面的硒化反應以及控制單層二硒化鉑生長的方法

在審

• 申請號: 202111286740.2
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN114162791A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 劉中流;朱知力;武旭;王業亮;高鴻鈞
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C01B19/04
• 分類號: C01B19/04;C01B32/184;B82Y30/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 焦海峰

1.一種利用石墨烯抑制鉑表面的硒化反應的方法，其特征在于，包括在鉑(111)表面外延生長覆蓋單層石墨烯。

2.根據權利要求1所述的一種利用石墨烯抑制鉑表面的硒化反應的方法，其特征在于，采用在鉑(111)上800-1000℃裂解乙烯的方式在鉑(111)表面外延生長覆蓋單層石墨烯以實現在250-500℃的溫度范圍內抑制鉑(111)表面的硒化反應。

3.根據權利要求2所述的一種利用石墨烯抑制鉑表面的硒化反應的方法，其特征在于，在250-500℃的溫度范圍內抑制鉑(111)表面的硒化反應具體包括：

步驟101、在真空環境下，將晶面拋光的鉑(111)單晶加熱至800-1000℃并保持溫度不變；

步驟102、向真空腔內通入乙烯氣體至氣壓為1×10^-4Pa，保持溫度和氣壓不變使乙烯在鉑(111)表面充分裂解；

步驟103、2mins后停止加熱，然后停止通氣，在鉑(111)表面外延生長獲得一層石墨烯；

步驟104、將覆蓋有石墨烯的鉑(111)單晶加熱至250-500℃并沉積硒原子，在鉑(111)和石墨烯的界面上形成一層硒插層。

4.根據權利要求3所述的一種利用石墨烯控制單層二硒化鉑生長的方法，其特征在于，在步驟101之前，還包括通過多輪離子束轟擊和通氧退火循環的方法去除鉑(111)單晶中的碳雜質以避免其對石墨烯島可控生長的干擾，具體包括：

步驟001、在超高真空環境下，采用電子束加熱將鉑(111)加熱到550℃退火2mins，然后停止通氧同時快速提高溫度至700℃后立即停止加熱，以使得鉑(111)單晶表層所含碳雜質滲出；

步驟002、在超高真空環境下，采用氬離子源以1.5keV能量的離子束轟擊鉑(111)單晶表面20分鐘，離子束流15-20μA，以使得鉑(111)單晶表層滲出的碳被轟擊去除；

步驟003、循環重復步驟001、002約3-5輪，以使得鉑(111)單晶表層碳雜質被充分去除；

步驟004、退火至500℃保持2mins，以使得最后一輪被轟擊后的鉑(111)單晶表面重構重新形成平整的晶面。

5.根據權利要求3所述的一種利用石墨烯抑制鉑表面的硒化反應的方法，其特征在于，在裂解乙烯生長石墨烯的過程中，鉑(111)單晶采用電子束加熱的方法以實現對乙烯裂解反應時間的精確調控。

6.一種利用石墨烯控制單層二硒化鉑生長的方法，其特征在于，包括在鉑(111)表面外延生長覆蓋單層石墨烯島，將二硒化鉑的生長范圍控制在石墨烯島覆蓋區域以外。

7.根據權利要求6所述的一種利用石墨烯控制單層二硒化鉑生長的方法，其特征在于，采用在鉑(111)上750-850℃裂解乙烯的方式在鉑(111)表面覆蓋單層石墨烯島以實現在250-500℃的溫度范圍內控制外延生長的單層二硒化鉑形貌。

8.根據權利要求7所述的一種利用石墨烯控制單層二硒化鉑生長的方法，其特征在于，在250-500℃的溫度范圍內控制生長的單層二硒化鉑形貌，具體包括：

步驟201、將晶面拋光的鉑(111)單晶加熱至750-850℃并保持溫度不變；

步驟202、再向真空腔內通入乙烯氣體至氣壓為1×10^-4Pa；

步驟203、保持溫度和氣壓不變5-20s后停止通氣，然后停止加熱，在鉑(111)表面外延生長獲得一些不完全覆蓋的石墨烯島；

步驟204、將覆蓋有石墨烯島的鉑(111)單晶加熱至250℃-500℃并沉積硒原子，以使得在有石墨烯島覆蓋區域形成石墨烯與鉑(111)界面間的單層硒插層，并在石墨烯島覆蓋區域之外形成單層二硒化鉑。