[發(fā)明專利]低維混合維度異質(zhì)結(jié)及其制備方法和用途

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211536394.3
• 申請(qǐng)日: 2022-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN115881545A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂瑞濤;呂倩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/34
• 分類號(hào): H01L21/34;G01N21/65;H01L21/368;B82Y10/00;B82Y15/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 高夢(mèng)夢(mèng)

本發(fā)明公開了低維混合維度異質(zhì)結(jié)及其制備方法和用途。該制備方法包括：(1)將過渡金屬氧化物和堿性溶液進(jìn)行混合處理，得到前驅(qū)體溶液；(2)在基底表面涂覆前驅(qū)體溶液，將得到的基底與硫族單質(zhì)供給至保護(hù)性還原氣氛下進(jìn)行加熱處理，以便在基底表面形成過渡金屬硫族化合物層；(3)對(duì)過渡金屬硫族化合物層進(jìn)行氧等離子體處理，以便在過渡金屬硫族化合物層表面形成過渡金屬氧化物納米線，得到低維混合維度異質(zhì)結(jié)。該方法不僅制備工藝簡(jiǎn)單、省時(shí)且高效，而且制得的低維混合維度異質(zhì)結(jié)具有較高的分子探測(cè)靈敏度和良好的環(huán)境穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及低維混合維度異質(zhì)結(jié)及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)是一種快速、靈敏、無損的檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)催化、生物/醫(yī)學(xué)傳感等。評(píng)價(jià)SERS基底靈敏度的最重要指標(biāo)之一是探測(cè)極限，即對(duì)分子的最低探測(cè)濃度。在一些領(lǐng)域(如臨床診斷、DNA測(cè)序、化學(xué)分析等領(lǐng)域)中分子探測(cè)的靈敏度需要達(dá)到飛摩爾級(jí)別甚至阿摩爾級(jí)別。貴金屬基納米材料和納米結(jié)構(gòu)為該領(lǐng)域提供了廣泛研究的可能性，然而有限的貴金屬資源和其納米材料較低的表面均勻性嚴(yán)重阻礙了該類材料的實(shí)際應(yīng)用。近年來，二維過渡金屬硫族化合物(TMDCs)材料因其原子級(jí)平坦的表面和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)而被廣泛用于SERS基底的研究，不同于傳統(tǒng)貴金屬基納米材料的電磁增強(qiáng)機(jī)制，二維TMDCs作為SERS基底的增強(qiáng)機(jī)制主要是化學(xué)機(jī)制，歸因于探測(cè)基底和目標(biāo)分子之間的電荷傳輸作用。但是，實(shí)現(xiàn)二維材料SERS基底的超靈敏分子探測(cè)仍是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要是基于以下問題和發(fā)現(xiàn)提出的：

二維過渡金屬硫族化合物為提升其性能提供了獨(dú)特的整合可調(diào)性，但由于二維過渡金屬硫族化合物基低維混合維度異質(zhì)結(jié)的合成難度較大，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。目前，已公開了多種制備低維混合維度異質(zhì)結(jié)的方法，但在制備過程中通常需要復(fù)雜且精準(zhǔn)的程序以及嚴(yán)苛的反應(yīng)條件，例如，有的通過機(jī)械剝離和轉(zhuǎn)移方法將一維材料和二維過渡金屬硫族化合物按照一定次序和角度堆疊形成垂直異質(zhì)結(jié)，但是很難實(shí)現(xiàn)大批量制備；有的通過采用化學(xué)氣相沉積方法合成大面積過渡金屬硫族化合物基低維混合維度異質(zhì)結(jié)，但是該方法具有較低的可控性和可重復(fù)性。因此，急需提供一種簡(jiǎn)單且高效的制備低維混合維度異質(zhì)結(jié)的方法。

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出低維混合維度異質(zhì)結(jié)及其制備方法和用途。該方法不僅制備工藝簡(jiǎn)單、省時(shí)且高效，而且制得的低維混合維度異質(zhì)結(jié)具有較高的分子探測(cè)靈敏度和良好的環(huán)境穩(wěn)定性。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備低維混合維度異質(zhì)結(jié)的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：

(1)將過渡金屬氧化物和堿性溶液進(jìn)行混合處理，得到前驅(qū)體溶液；

(2)在基底表面涂覆所述前驅(qū)體溶液，將得到的基底與硫族單質(zhì)供給至保護(hù)性還原氣氛下進(jìn)行加熱處理，以便在所述基底表面形成過渡金屬硫族化合物層；

(3)對(duì)所述過渡金屬硫族化合物層進(jìn)行氧等離子體處理，以便在所述過渡金屬硫族化合物層表面形成過渡金屬氧化物納米線，得到低維混合維度異質(zhì)結(jié)。

根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的制備低維混合維度異質(zhì)結(jié)的方法，通過氧等離子體后處理工藝，能夠有選擇性地將二維過渡金屬硫化物的目標(biāo)區(qū)域轉(zhuǎn)換得到一維過渡金屬氧化物納米線，得到低維混合維度異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，不僅制備工藝簡(jiǎn)單高效，可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，而且對(duì)異質(zhì)結(jié)的制備具有較好的可控性和較高的可重復(fù)性；另外，通過該方法得到的一維/二維異質(zhì)結(jié)中由于一維過渡金屬氧化物納米線界面處存在應(yīng)變，同時(shí)一維過渡金屬氧化物和二維過渡金屬硫化物之間具有較強(qiáng)的層間耦合作用，能夠促進(jìn)與表面增強(qiáng)拉曼散射基底與探測(cè)分子之間有效的電荷傳輸，從而賦予其較靈敏的分子探測(cè)性能，且具有較好的環(huán)境穩(wěn)定性；此外，通過該方法得到的該低維混合維度異質(zhì)結(jié)在DNA測(cè)序、激光、半導(dǎo)體器件、清潔能源、儲(chǔ)能器件等領(lǐng)域都具有較好的應(yīng)用前景。