垂直排列的二硫化鉿納米片的化學(xué)氣相沉積制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新型二維納米材料制備領(lǐng)域，特別是涉及一種垂直排列的二硫化鉿納米片的化學(xué)氣相沉積制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了彌補(bǔ)零帶隙石墨烯在半導(dǎo)體電子學(xué)以及光電子學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的不足，有相當(dāng)寬泛帶隙的過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔锒S納米結(jié)構(gòu)受到了極高的關(guān)注。以二硫化鉬、二硫化鎢為代表的VIB族過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔锏闹苽洹⒐鈱W(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)以及應(yīng)用都已經(jīng)得到了廣泛的研究，并展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。然而對(duì)IVB族過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔锢缍蚧x、二硫化鋯的研究幾乎沒(méi)有報(bào)道，但是這些材料能夠擁有更高的電學(xué)特性。理論計(jì)算表明，單層二硫化給的室溫迀移率為?1800cm2V:s \遠(yuǎn)高于二硫化鉬(?340cm2V:s:) (ff.Zhang, Z.Huang, ff.Zhang and Y.Li, Nano Res.，2014, 7，1731-1737.)。今年，Mei Zhang 組在氮化硼襯底上通過(guò)化學(xué)氣相沉積法合成了少數(shù)層二硫化錯(cuò)材料(M.Zhang et al., J.Am.Chem.Soc.，2015，137，7051-7054.)，填補(bǔ)了少數(shù)層二硫化鋯材料可控合成的空白。特殊的納米結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生特殊的物理化學(xué)特性，垂直排列的納米結(jié)構(gòu)比表面積大，表面活性高，例如垂直排列的二硫化鉬在析氫反應(yīng)中有很強(qiáng)的催化效應(yīng)(D.Kong et al., Nano Lett.2013，13，1341-1347.)，可以展望垂直排列的二硫化鉿納米片在作為催化劑方面有很廣闊的應(yīng)用前景。但是，尚未見(jiàn)與二硫化鉿材料制備相關(guān)的中國(guó)專利報(bào)道，更未有垂直排列的二硫化鉿納米片制備相關(guān)的中國(guó)專利報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種垂直排列的二硫化鉿納米片的化學(xué)氣相沉積制備方法，該方法能制備出均勻性好、質(zhì)量高、面積大的垂直排列的二硫化鉿納米片，該方法具有重復(fù)性好和可大量制備等特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]—種垂直排列的二硫化鉿納米片的化學(xué)氣相沉積制備方法，包括如下步驟:
[0006](1)清洗襯底；
[0007](2)將襯底、硫粉和四氯化鉿粉放入真空管式爐中，按質(zhì)量比計(jì)，硫粉:四氯化鉿粉彡2:1 ;
[0008](3)將真空管式爐抽至高真空，通入氬氣和氫氣；
[0009](4)將管式爐依次升溫、保溫、降溫；
[0010](5)取出襯底，襯底上即為垂直排列的二硫化鉿納米片。
[0011]作為優(yōu)選方式，步驟(1)中所述的襯底選自二氧化硅/硅、藍(lán)寶石、石墨烯。
[0012]作為優(yōu)選方式，步驟(1)中所述的襯底先后用去離子水、丙酮、乙醇分別超聲清洗2min，然后用去離子水沖洗，最后用氮?dú)獯蹈伞?br>[0013]作為優(yōu)選方式，步驟(2)中所述的襯底放置于真空管式爐的石英管的中央溫區(qū)；硫粉和四氯化鉿粉分別放置于獨(dú)立的石英舟中，所述的石英舟分別放置于獨(dú)立的小石英管中，所述的小石英管處于管式爐加熱區(qū)外，用加熱帶加熱。
[0014]作為優(yōu)選方式，步驟(3)中所述的高真空指將管式爐內(nèi)壓強(qiáng)降至10 3Pa。
[0015]作為優(yōu)選方式，步驟(3)中所述的氬氣速率為lOsccm，所述的氫氣速率為lOsccm，腔內(nèi)壓強(qiáng)為18Pa。
[0016]作為優(yōu)選方式，步驟(4)中所述的升溫是指將管式爐中央溫區(qū)升至950°C，升溫速率為25°C /min ;加熱帶升至180°C，升溫速率10°C /min。
[0017]作為優(yōu)選方式，步驟(4)中所述的保溫是指將管式爐溫度保持在950°C，加熱帶溫度保持在180 °C，保溫時(shí)間為20min。
[0018]作為優(yōu)選方式，步驟⑷中所述的降溫是指停止所有加熱，掀開(kāi)管式爐頂蓋，自然降溫。
[0019]如上所述，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明化學(xué)氣相沉積的方法成功制備出垂直排列的二硫化鉿納米片，該方法制備的二硫化鉿納米片垂直排列在襯底上、均勻性好、質(zhì)量高、面積大，該方法重復(fù)性好且可大量制備；為二硫化鉿納米材料的基礎(chǔ)研究以及相關(guān)二維納米光電子器件的潛在應(yīng)用的研究提供了樣品制備的可靠手段；垂直排列的納米結(jié)構(gòu)比表面積大，表面活性高，在作為催化劑方面有很廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]圖1為本發(fā)明垂直排列的二硫化鉿納米片的化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)裝置示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明制備的垂直排列的二硫化鉿納米片三維結(jié)構(gòu)原子模型圖的俯視圖；
[0023]圖3為本發(fā)明制備的垂直排列的二硫化鉿納米片三維結(jié)構(gòu)原子模型圖的側(cè)視圖；
[0024]圖4為本發(fā)明制備的垂直排列的二硫化鉿納米片正面的掃描電子顯微鏡圖；
[0025]圖5為本發(fā)明制備的垂直排列的二硫化鉿納米片斷面的掃描電子顯微鏡圖；
[0026]圖6為本發(fā)明制備的垂直排列的二硫化鉿納米片的透射電子顯微鏡圖；
[0027]圖7為本發(fā)明制備的垂直排列的二硫化鉿納米片的高分辨透射電子顯微鏡圖；
[0028]圖8為本發(fā)明制備的垂直排列的二硫化鉿納米片的拉曼光譜。
[0029]其中，1為真空管式爐，2為石英管，3為石英舟，4為小石英管，5為加熱帶。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
[0031](1)將二氧化硅/硅襯底先后用去離子水、丙酮、乙醇分別超聲清洗2min，然后用去離子水沖洗，最后用氮?dú)獯蹈伞?br>[0032](2)將二氧化硅/硅襯底放置于真空管式爐1的石英管2的中央溫區(qū)。稱取200mg硫粉和lOOmg四氯化鉿粉(純度不低于99.9% )放入石英舟3中，然后將其分別放置于兩個(gè)小石英管4中，小石英管4放置于管式爐加熱區(qū)外，外部纏繞加熱帶5，如圖1所示。
[0033](3)用分子栗將真空管式爐抽至高真空，使管式爐內(nèi)壓強(qiáng)降至10 3Pa，通入氬氣和氫氣，速率均為lOsccm，腔內(nèi)壓強(qiáng)保持在18Pa。
[0034](4)將管式爐中央溫區(qū)升至950°C，升溫速率為25°C/min，加熱帶升至180°C，升溫速率10°c /min，保持各自溫度20min。
[0035](5)反應(yīng)結(jié)束后，停止所有加熱，掀開(kāi)管式爐頂蓋，自然降溫到室溫，取出襯底，襯底上即為垂直排列的二硫化鉿納米片。
[0036]圖2和圖3為二硫化鉿三維結(jié)構(gòu)原子模型圖，鉿原子與6個(gè)硫原子八面體配位，在硫-給-硫三明治結(jié)構(gòu)中，第二層硫原子層相對(duì)第一層硫原子層轉(zhuǎn)動(dòng)了