CN110835747A - 一种温度调控二硫化钼的形貌与缺陷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温度调控二硫化钼的形貌与缺陷的方法。该方法利用加入10%NaCl的MoO3粉末作为Mo源前驱体，用硫粉作为硫源前驱体，通过化学气相沉积法，生长二维MoS2样品。将生长衬底倒扣在装有Mo源前驱体的石英舟的正上方，在不同的温度加热生长，得到具有不同形貌和边界缺陷密度的二维MoS2样品。在较低生长温度下，由于MoS2的前驱体分子在衬底迁移距离短，生长的MoS2样品为含有较多边界缺陷的雪花状；随着温度的升高MoS2样品的形貌逐渐过渡到树叶状和三角状，边界缺陷也迅速降低。二硫化钼的形貌和缺陷的可控调控对促进其在催化领域的应用有重要的意义。

Description

一种温度调控二硫化钼的形貌与缺陷的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料合成领域，尤其是一种温度调控二硫化钼的形貌与缺陷的方法。
背景技术
二维层状过渡族金属硫属化合物，具有大比表面积和丰富的物理化学性能，在能源、催化等领域有重要的应用前景。其中MoS2是过渡族金属硫属化合物中最早被广泛研究的二维材料。单层MoS2不仅是具有直接带隙的半导体，在电化学催化析氢领域也具有重要的应用价值。已有研究表明MoS2的活性催化位点位于缺陷位置处，如单晶的边界，S空位缺陷等，而在单层MoS2的上下S原子表面处没有催化活性。通常单层和少层MoS2是用机械剥离、化学气相沉积或者水热法制备的具有三角形或者六边形的二维材料晶体，而三角形和六边形的晶体中具有催化的活性的边界缺陷少，催化效率低。因此可控调节MoS2晶体的边界缺陷，是实现其在电化学催化应用中需要解决的关键问题。二维材料在生长衬底表面的生长受热力学和动力学影响。通过调节生长温度，可以调控二维材料分子在衬底表面的扩散速率，在较低的生长温度下，二维材料分子在生长衬底表面扩散速度较小，较难实现长距离扩散，只在局域位置组装成具有MoS2晶体学对称性的，含有大量缺陷的MoS2晶体。
发明内容
本发明的目的是为了调控MoS2晶体的缺陷和形貌，而提供的一种温度调控二硫化钼的形貌与缺陷的方法，利用本发明可以实现化学气相沉积生长的MoS2样品的形貌调控，从雪花状到叶片状最后到三角形。其中MoS2的缺陷最多，叶片状的MoS2缺陷居中，三角形的MoS2缺陷最少。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种温度调控二硫化钼的形貌与缺陷的方法，其特点是，该方法包括以下具体步骤：
a、将生长衬底裁剪成矩形，依次在丙酮、乙醇和去离子水溶液中各超声清洗10-20min，然后用氮气枪吹干，所述丙酮和乙醇为分析纯；
b、将装有硫粉的石英舟放在管式炉的上游炉口处，将MoO3粉末与NaCl粉末混合成Mo源前驱体，其中NaCl的质量分数为10%；将Mo源前驱体放在另一石英舟中心，Mo源前驱体和S粉的质量比为1:200~1:500，然后在该石英舟上面倒扣放置生长衬底，使抛光面正对Mo源前驱体，最后将载有生长衬底的石英舟放在管式炉的中心。通入流量为100～400sccm的载气进行20～50min空气置换和清洗，然后将载气流速降到20-80 sccm；
c、将管式炉以20～50℃/min升温速率加热到530～560℃的生长温度，并在生长保温5～25分钟后自然降至室温，取出衬底得产物为雪花状的MoS2。
d、将管式炉以20～50℃/min升温速率加热到560～590℃的生长温度，并在生长保温5～25分钟后自然降至室温，取出衬底得产物为叶片状的MoS2。
e、将管式炉以20～50℃/min升温速率加热到590～700℃的生长温度，并在生长保温5～25分钟后自然降至室温，取出衬底得产物为三角形的MoS2。
所述生长衬底为带有SiO2氧化层的Si衬底、蓝宝石衬底或云母衬底。
本发明的有益效果是：
本发明可以通过生长温度调控，实现二维MoS2样品的形貌和缺陷的受控调节。高密度的边界缺陷，有利于MoS2在催化领域，特别是电化学催化析氢领域的应用。
附图说明
图1是实施例1用化学气相沉积法在550℃的生长温度，在300nmSiO2氧化层的Si衬底上生长的雪花状MoS2的光学显微形貌图；
图2是实施例2用化学气相沉积法在575℃的生长温度，在300nmSiO2氧化层的Si衬底上生长的叶片状MoS2的光学显微形貌图；
图3是实施例3用化学气相沉积法在650℃的生长温度，在300nmSiO2氧化层的Si衬底上生长的三角状MoS2的光学显微形貌图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
a、将带有300nmSiO2氧化层的Si衬底裁剪成矩形，依次在丙酮、乙醇和去离子水溶液中各超声清洗15min，然后用氮气枪吹干，所述丙酮和乙醇为分析纯；
b、将装有100mg硫粉的石英舟放在管式炉的上游炉口处，将MoO3粉末与NaCl粉末混合成Mo源前驱体，其中NaCl的质量分数为10%。将0.3mg的Mo源前驱体放在另一石英舟中心，然后在该石英舟上面倒扣放置生长衬底，使抛光面正对Mo源前驱体，最后将载有生长衬底的石英舟放在管式炉的中心。通入流量为200sccm的载气进行30min空气置换和清洗，然后将载气流速降到30sccm；
c、将管式炉以30℃/min升温速率加热到550℃的生长温度，并在生长保温15分钟后自然降至室温，取出衬底得产物为雪花状的MoS2，其光学显微形貌图如图1所示。
实施例2
a、将带有300nmSiO2氧化层的Si衬底裁剪成矩形，依次在丙酮、乙醇和去离子水溶液中各超声清洗15min，然后用氮气枪吹干，所述丙酮和乙醇为分析纯；
b、将装有100mg硫粉的石英舟放在管式炉的上游炉口处，将MoO3粉末与NaCl粉末混合成Mo源前驱体，其中NaCl的质量分数为10%。将0.3mg的Mo源前驱体放在另一石英舟中心，然后在该石英舟上面倒扣放置生长衬底，使抛光面正对Mo源前驱体，最后将载有生长衬底的石英舟放在管式炉的中心。通入流量为200sccm的载气进行30min空气置换和清洗，然后将载气流速降到30 sccm；
c、将管式炉以30℃/min升温速率加热到575℃的生长温度，并在生长保温15分钟后自然降至室温，取出衬底得产物为叶片状的MoS2，其光学显微形貌图如图2所示。
实施例3
a、将带有300nmSiO2氧化层的Si衬底裁剪成矩形，依次在丙酮、乙醇和去离子水溶液中各超声清洗15min，然后用氮气枪吹干，所述丙酮和乙醇为分析纯；
b、将装有100mg硫粉的石英舟放在管式炉的上游炉口处，将MoO3粉末与NaCl粉末混合成Mo源前驱体，其中NaCl的质量分数为10%。将0.2mg的Mo源前驱体放在另一石英舟中心，然后在该石英舟上面倒扣放置生长衬底，使抛光面正对Mo源前驱体，最后将载有生长衬底的石英舟放在管式炉的中心。通入流量为200sccm的载气进行40min空气置换和清洗，然后将载气流速降到20 sccm；
c、将管式炉以30℃/min升温速率加热到650℃的生长温度，并在生长保温15分钟后自然降至室温，取出衬底得产物为三角形的MoS2，其光学显微形貌图如图3所示。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (2)

1.一种温度调控二硫化钼的形貌与缺陷的方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
a、将生长衬底裁剪成矩形，依次在丙酮、乙醇和去离子水溶液中各超声清洗10-20min，然后用氮气枪吹干，所述丙酮和乙醇为分析纯；
b、将装有硫粉的石英舟放在管式炉的上游炉口处，将MoO3粉末与NaCl粉末混合成Mo源前驱体，其中NaCl的质量分数为10%；将Mo源前驱体放在另一石英舟中心，Mo源前驱体和S粉的质量比为1:200~1:500，然后在该石英舟上倒扣放置生长衬底，使抛光面正对Mo源前驱体，最后将载有生长衬底的石英舟放在管式炉的中心；通入流量为100～400sccm的载气进行20～50min空气置换和清洗，然后将载气流速降到20-80 sccm；
c、将管式炉以20～50℃/min升温速率加热到530～560℃的生长温度，并在生长保温5～25分钟后自然降至室温，取出衬底得产物为雪花状的MoS2；
d、将管式炉以20～50℃/min升温速率加热到560～590℃的生长温度，并在生长保温5～25分钟后自然降至室温，取出衬底得产物为叶片状的MoS2；
e、将管式炉以20～50℃/min升温速率加热到590～700℃的生长温度，并在生长保温5～25分钟后自然降至室温，取出衬底得产物为三角形的MoS2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生长衬底为带有SiO2氧化层的Si衬底、蓝宝石衬底或云母衬底。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112663139A (zh) * 2020-11-03 2021-04-16 杭州电子科技大学 一种特殊形貌二维硫化钼晶体材料的制备方法
CN114380334A (zh) * 2022-01-26 2022-04-22 江西师范大学 螺旋金字塔结构的二硫化钼的制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140245946A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 Massachusetts Institute Of Technology Synthesis and Transfer of Transition Metal Disulfide Layers on Diverse Surfaces
US20140251204A1 (en) * 2013-03-11 2014-09-11 William Marsh Rice University Novel growth methods for controlled large-area fabrication of high-quality graphene analogs
CN106148911A (zh) * 2015-04-27 2016-11-23 北京大学 一种可控制备单层分形二硫化钼的方法
JP2018123039A (ja) * 2017-02-03 2018-08-09 公立大学法人首都大学東京 ナノリボン及びその製造方法
CN109881176A (zh) * 2019-03-08 2019-06-14 华南农业大学 一种花瓣状的二硫化钼二维晶体材料及其制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140245946A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 Massachusetts Institute Of Technology Synthesis and Transfer of Transition Metal Disulfide Layers on Diverse Surfaces
US20140251204A1 (en) * 2013-03-11 2014-09-11 William Marsh Rice University Novel growth methods for controlled large-area fabrication of high-quality graphene analogs
CN106148911A (zh) * 2015-04-27 2016-11-23 北京大学 一种可控制备单层分形二硫化钼的方法
JP2018123039A (ja) * 2017-02-03 2018-08-09 公立大学法人首都大学東京 ナノリボン及びその製造方法
CN109881176A (zh) * 2019-03-08 2019-06-14 华南农业大学 一种花瓣状的二硫化钼二维晶体材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WANG, L, ET AL.: "Shape consistency of MoS2 flakes grown using chemical vapor deposition", 《APPLIED PHYSICS EXPRESS》 *
XU, WS, ET AL.: "Large Dendritic Monolayer MoS2 Grown by Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition for Electrocatalysis", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 *
YANG, XY,ET AL.: "Temperature-dependent morphology of chemical vapor grown molybdenum disulfide", 《JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS》 *
张鑫等: "CVD法制备二维MoS2的形貌调控研究", 《稀有金属》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112663139A (zh) * 2020-11-03 2021-04-16 杭州电子科技大学 一种特殊形貌二维硫化钼晶体材料的制备方法
CN112663139B (zh) * 2020-11-03 2022-05-03 杭州电子科技大学 一种特殊形貌二维硫化钼晶体材料的制备方法
CN114380334A (zh) * 2022-01-26 2022-04-22 江西师范大学 螺旋金字塔结构的二硫化钼的制备方法和应用
CN114380334B (zh) * 2022-01-26 2023-09-19 江西师范大学 螺旋金字塔结构的二硫化钼的制备方法和应用

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