CN110117771A - 一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在过渡金属碲化物(MTe2)上制备金纳米粒子的方法。该方法是通过在层状XTe2薄片上用电子束气相沉积方式沉积一层纳米级别的金，在350℃退火后可以于XTe2上形成金纳米粒子。该方法通过高温退火直接在MTe2上形成金纳米粒子，相比于用别的方式制备的金纳米粒子，该方法具有制备样品均匀性好，密度可控，金纳米粒子与MTe2间的耦合力更强等优势，对于研究金纳米粒子与二维材料之间光学和电学性质具有参考价值。

Description

一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法
技术领域
本发明涉及材料合成与改性技术领域，特别是涉及一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法。
背景技术
自从稳定的单层石墨烯首次被发现以来，单原子层材料引起了研究者们广泛的关注，特别是自从带隙可调的半导体性过渡金属硫族化物(MX2)被发现之后，由于其高开关比，高迁移率，皮安级的栅极漏电流，克服了短沟道效应，较低的亚阈值摆幅等优点被认为是下一代硅基集成电路的替代品。除了电学上的优越性之外，该类材料还具有近红外到紫外光宽波长范围响应，强光点响应等特点，故而常用来作为光电导，光电二极管，弱光检测等方面。利用MX2作为沟道材料制备的场效应晶体管(FET)也可以作为有机/无机气体检测，生物化学检测等。
由于量子限域效应和量子尺寸效应，表面效应等，金属在尺寸为纳米级别时会出现一些体材料所没有的物理性质。金纳米粒子在红外和可见光波表现出强的表面等离子体态吸收，这种现象在最近几十年来广受关注。将这种强光吸收与MX2的电学优越性结合可以有效地提高光电特性，金纳米粒子与半导体的杂化可以有效提高光催化性能，光电稳定性，载流子传输速度和作为发光器件等；此外，由于某些含硫的生物化学大分子能与金纳米粒子形成稳定的硫金键，利用表面金纳米粒子修饰MX2沟道的FET可以用电学的方式有效且特异性检测这类物质，在生物及化学测试领域有很大的应用前景。但是，目前仍然没有一个有效的方式能够直接简便地在MX2材料上形成金纳米粒子，大多数的研究者都是通过将化学合成的金纳米粒子胶体通过液相方式旋涂或直接涂覆在MX2上，这种方式可能会有一些溶液残留，且由于MX2薄片微米级别的尺寸，使得这种方式制备的金纳米粒子在MX2材料上不均匀覆盖。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
本发明的一种在二维过渡金属碲化物(MTe2)上制备金纳米粒子的方法，包括以下步骤：
步骤1,将纳米级厚度的过渡金属碲化物薄片转移到基片上；
步骤2，在过渡金属碲化物薄片上沉积金薄膜；
步骤3，将步骤1所得的样品进行退火处理：自室温20℃～30℃，以5～15℃/s的速度升温至300℃～400℃，保温20～40min后，自然冷却。
高温退火后金薄膜由于高温收缩自然形成了金纳米粒子在MTe2上。
在上述技术方案中，所述所述步骤1中的过渡金属碲化物为WTe2或MoTe2。
在上述技术方案中，所述步骤1中的基片为硅或二氧化硅基片。
在上述技术方案中，所述步骤1中的过渡金属碲化物薄片是通过干法转移负载到基片上的。
在上述技术方案中，所述步骤2中的金薄膜是通过电子束蒸发的方式沉积在过渡金属碲化物薄片上。
在上述技术方案中，所述电子束蒸发的具体步骤为，在金属蒸发仪器中利用电子束轰击99.999％纯度的金使其达到融化温度，并在真空度为10-4～10-5环境中蒸发金，使其在过渡金属碲化物薄片上均匀沉积金薄膜，薄膜沉积速度为在
在上述技术方案中，所述步骤1中过渡金属碲化物薄片的面积为100-500平方微米，所述基底的面积为3-5平方厘米。
在上述技术方案中，所述步骤1中过渡金属碲化物薄片的厚度为10-50nm。
在上述技术方案中，所述步骤2中金薄膜的厚度为3-7nm。
本发明的另一方面，所述二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法所得的电器件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的制备工艺简单，无需进行复杂的化学反应，尺寸密度可控，直接有效地在MTe2上合成金纳米粒子的方法，通过这种方法可以均匀地在目标薄片上合成金纳米粒子，而且引入的退火处理方式也使得金纳米粒子和MTe2之间的耦合作用更强，能更有效地利用金纳米粒子和MTe2的优越性。
附图说明
图1是实施例1得到的WTe2沉积金纳米粒子样品的扫描电子显微镜图。
图2是图1的局部放大图。
图3是实施例2得到的MoTe2沉积金纳米粒子样品的扫描电子显微镜图。
图4是图3的局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
通过干法转移方式将17nm厚的WTe2转移到二氧化硅基底上，将样品放置在泰科诺金属蒸发仪器腔体中并将腔体抽成真空状态，其真空度为10-5Pa，利用电子束轰击方式将99.9999％纯度的金融化并蒸发出，使金均匀地沉积在样品表面，沉积速率保持在沉积厚度为6nm。由于MoTe2的面积小于基底面积，这样一部分金沉积在WTe2上，一部分金沉积在二氧化硅基底上。
将沉积过金薄膜的WTe2样品放置在石英管中进行退火处理，退火过程为：以10℃/s速度从20℃升温到350℃，保持350℃30分钟，将加热源关闭，自然冷却到室温后取出样品。
如图1-2所示，WTe2沉积金纳米粒子样品的扫描电子显微镜图所示，其中1为WTe2薄片及表面的金纳米结构；2为在二氧化硅上的金纳米结构。
实施例2
通过干法转移方式将20nm厚的MoTe2转移到二氧化硅基底上，将样品放置在泰科诺金属蒸发仪器腔体中并将腔体抽成真空状态，其真空度为10-5Pa，利用电子束轰击方式将99.9999％纯度的金融化并蒸发出，使金均匀地沉积在样品表面，沉积速率保持在沉积厚度为6nm。由于MoTe2的面积小于基底面积，这样一部分金沉积在MoTe2上，一部分金沉积在二氧化硅基底上。
将沉积过金薄膜的MoTe2样品放置在石英管中进行退火处理，退火过程为：以10℃/s速度从20℃升温到350℃，保持350℃30分钟，将加热源关闭，自然冷却到室温后取出样品。
如图3-4所示，MoTe2沉积金纳米粒子样品的扫描电子显微镜图所示，其中1为WTe2薄片及表面的金纳米结构；2为在二氧化硅上的金纳米结构。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法，其特征在于，一种在二维过渡金属碲化物(MTe2)上制备金纳米粒子的方法，包括以下步骤：
步骤1,将纳米级厚度的过渡金属碲化物薄片转移到基片上；
步骤2，在过渡金属碲化物薄片上沉积金薄膜；
步骤3，将步骤1所得的样品进行退火处理：自室温20℃～30℃，以5～15℃/s的速度升温至300℃～400℃，保温20～40min后，自然冷却。
2.如权利要求1所述的一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法，其特征在于，所述所述步骤1中的过渡金属碲化物为WTe2或MoTe2。
3.如权利要求1所述的一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法，其特征在于，所述步骤1中的基片为硅或二氧化硅基片。
4.如权利要求1所述的一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法，其特征在于，所述步骤1中的过渡金属碲化物薄片是通过干法转移负载到基片上的。
5.如权利要求1所述的一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法，其特征在于，所述步骤2中的金薄膜是通过电子束蒸发的方式沉积在过渡金属碲化物薄片上。
6.如权利要求5所述的一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法，其特征在于，所述电子束蒸发的具体步骤为，在金属蒸发仪器中利用电子束轰击99.999％纯度的金使其达到融化温度，并在真空度为10-4～10-5环境中蒸发金，使其在过渡金属碲化物薄片上均匀沉积金薄膜，薄膜沉积速度为在
7.如权利要求1所述的一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法，其特征在于，所述步骤1中过渡金属碲化物薄片的面积为100-500平方微米，所述基底的面积为3-5平方厘米。
8.如权利要求1所述的一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法，其特征在于，所述步骤1中过渡金属碲化物薄片的厚度为10-50nm。
9.如权利要求1所述的一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法，其特征在于，所述步骤2中金薄膜的厚度为3-7nm。
10.利用如权利要求1所述的一种在二维过渡金属碲化物上制备金纳米粒子的方法制备得到的电器件。
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