CN116005128B - 垂直二维异质结的构筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垂直二维异质结的构筑方法，构筑方法包括以下步骤：在反应容器内放入原料，将反应容器放置于反应腔内，在反应容器的上方放置一碳布，向反应腔内同时充入惰性气体和氧气，使反应容器升温；将固定有碳布的工作电极、对电极和参比电极浸入电解液中，采用电沉积法在碳布上得到核壳结构前驱体；将碳布放置在基底上，于管式炉内，将硫粉放置于距离基底15‑20cm处的位置，向管式炉内通入惰性气体，将加热区升温至700‑850℃并于该温度保持10‑40min，降至室温，在基底上得到垂直二维异质结。本发明的构筑方法用核壳结构前驱体作为生长异质结的前驱体，相对于粉末状态的前驱体可以大幅降低反应温度，另外可避免异质结生长过程中合金化的形成。
Description
技术领域
本发明属于异质结技术领域，具体来说涉及一种垂直二维异质结的构筑方法。
背景技术
二维晶体材料具有超薄的平面结构和丰富的功能性，为集成电路提供了更多选择。目前研究广泛的过渡金属硫族化合物二维晶体(TMDCs)，如WS2、MoS2、TaS2、NbSe2等，以这些单一材料作为基本单元，将两种及以上的TMDCs通过层层堆垛可以实现层间垂直异质结的构筑。
二维垂直异质结构的制备方法分为物理构筑和化学构筑两种，物理构筑就是通过干法或者湿法转移，将两个及以上的二维晶体材料藕合在一起，形成层间垂直异质结，此方法获得的样品质量差，易污染。化学构筑是通过化学反应实现二维材料的层层堆垛。化学气相沉积法可以用来制备高质量的二维垂直异质结，利用化学气相沉积法制备可以分为一步法或两步法来实现。一步法生长出二维异质结晶体质量高，但是无法避免合金的生成。采用两步法来制备可以避免合金的生成，但是容易对第一层生长的晶体产生破坏，且随机性高，产率低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种垂直二维异质结的构筑方法，该构筑方法采用一步法的化学气相沉积制备异质结，能够避免合金化，在基底上实现垂直二维异质结的生长。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种垂直二维异质结的构筑方法，包括以下步骤：
1)准备一顶端敞口的反应容器，在所述反应容器内放入原料，将所述反应容器放置于一密闭的反应腔内，在所述反应容器的上方放置一碳布，向所述反应腔内同时持续充入惰性气体和氧气，将所述反应腔内的压强调整至100-200Pa，使所述反应容器升温至1000-1100℃并于该温度保持3-20min直至在所述碳布上得到纳米线，其中，所述原料为金属单质；
在所述步骤1)中，所述碳布的厚度为0.3-0.4mm。
在所述步骤1)中，所述金属单质为W、V、Re、Ta或Nb。
在所述步骤1)中，反应容器的长度为100-120mm，反应容器的宽度为10-20mm，反应容器的壁厚为0.2-0.3mm。
在所述步骤1)中，向所述反应腔内充入惰性气体的流量为100-200sccm，向所述反应腔内充入氧气的流量为0.1-10sccm。
在所述步骤1)中，所述碳布与所述反应容器的底面的距离为0.3-0.5mm。
在所述步骤1)中，所述原料的质量份数与所述碳布的面积份数的比为(1～5)：(2～6)，其中，所述质量份数的单位为g,所述面积份数的单位为平方厘米。
2)制备核壳结构前驱体：将步骤1)所得碳布固定在工作电极上，将所述工作电极、对电极和参比电极浸入电解液中，采用电沉积法，以使在所述纳米线的表面包覆一层金属氧化物，在碳布上得到核壳结构前驱体，其中，所述电解液为过渡金属酸盐、己二胺四乙酸二钠和乙酸铵的混合溶液；
在所述步骤2)中，所述金属氧化物为MoO3-X、ReO3-y或VO3-z,0<x<1，0<y<1，0<z<1，相对应的所述过渡金属酸盐依次为Na2MoO4、NaReO4或Na3VO4。
在所述步骤2)中，所述对电极为碳棒，所述参比电极为Ag/AgCl。
在所述步骤2)中，所述电沉积法在恒电压模式下进行，所述电沉积法的电压为-10～10V。
在所述步骤2)中，所述电解液中过渡金属酸盐的浓度为0.1mol/L，按体积份数计，己二胺四乙酸二钠和乙酸铵的比为1：1。
在所述步骤2)中，所述电沉积法的时间为20-2000s。
3)进行化学气相沉积反应：将步骤2)所得碳布放置在基底上且核壳结构前驱体接触所述基底，生长有纳米线的碳布面靠近基底，将所述基底放置于管式炉的加热区，将硫粉置于一容器内并放置于距离所述加热区15-20cm处的气流上游位置，向所述管式炉内通入惰性气体以排除管式炉内的空气，以所述惰性气体作为气流，将所述加热区以20-40℃/min的速率升温至700-850℃并于该温度保持10-40min，降至室温，在所述基底上得到垂直二维异质结。
在所述步骤3)中，所述基底为云母、蓝宝石或Si/SiO2。
在所述步骤3)中，排除管式炉内的空气时通入惰性气体的流速为500-1000sccm，以所述惰性气体作为气流时惰性气体的流速为80-200sccm。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的构筑方法用核壳结构前驱体作为生长异质结的前驱体，相对于粉末状态的前驱体可以大幅降低反应温度。
(2)本发明的核壳结构前驱体可以保证在生长异质结时，核壳结构前驱体最外层的金属氧化物先于内层纳米线蒸发，因此可以实现在异质结制备过程中最外层的金属氧化物先被硫化在基底上生长出第一层二维晶体，内层的金属氧化物后被硫化在第一层二维晶体表面进行生长构成异质结，避免了异质结生长过程中合金化的形成。
附图说明
图1为由高分辨环境场扫描(SEM)获得实施例1所得纳米线的电子显微照片；
图2为由奥林巴斯光学显微镜获得实施例1所得垂直二维异质结的光学照片；
图3为实施例1所得垂直二维异质结的拉曼特征峰；
图4为实施例2所得垂直二维异质结的光学照片；
图5为实施例2所得垂直二维异质结的拉曼特征峰；
图6为对比例1所得WS2的光学照片；
图7为对比例1所得WS2的拉曼特征峰。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
钨(W):纯度≥99.99％，Alfa Aesar
钼酸钠(Na2MoO4):纯度≥98％，Alfa Aesar
己二胺四乙酸二钠(C10H14N2Na2O8)：纯度≥98％，Alfa Aesar
乙酸铵(C2H7NO2)：纯度≥98％，Alfa Aesar
OLYMPUS-bx53m-显微镜
WiTec共聚焦拉曼(Raman)
高分辨环境场扫描电镜(SEM)
下述实施例/对比例中，舟的长度为110mm，舟的宽度为15mm，舟的壁厚为0.2mm。
在本发明的技术方案中，金属氧化物为MoO3-X(Mo具有+2、+3、+4、+5、+6多重氧化态，通常用MoO3-X表示氧化钼，用3-x表示氧化钼中氧的原子数，其中0<x<1)、ReO3-y(Re具有+4、+5、+6、+7多重氧化态，通常用ReO3-y表示氧化铼，用3-y表示氧化铼中的氧的原子数，其中0<y<1)或VO3-z(V具有+2、+3、+4、+5、+6多重氧化态，通常用VO3-z表示氧化钒，用3-z表示氧化钒中氧的原子数，其中0<z<1)，相对应的过渡金属酸盐依次为Na2MoO4、NaReO4或Na3VO4。
实施例1
一种垂直二维异质结的构筑方法，包括以下步骤：
1)准备一顶端敞口的反应容器，为避免引入杂质元素，选用和原料具有相同元素的钨舟作为反应容器，在反应容器内放入2g原料，原料为W粉，将反应容器放置于真空蒸镀炉密闭的反应腔内，在反应容器的上方放置一厚度为0.35mm、长为3cm、宽为0.8cm的碳布，碳布与钨舟的底面的距离为0.4mm，向反应腔内同时持续充入惰性气体和氧气，惰性气体为氩气。在真空泵的作用下将反应腔内的压强调整至150Pa的低压状态，使反应容器升温至1000℃并于该温度保持10min直至在碳布上得到WO3-a纳米线，其中，向反应腔内充入惰性气体的流量为100sccm，向反应腔内充入氧气的流量为1sccm。原料的质量份数与碳布的面积份数的比5：6，其中，质量份数的单位为g,面积份数的单位为平方厘米。
2)制备核壳结构前驱体：将步骤1)所得长有纳米线的碳布固定在作为工作电极的铂电极上，将工作电极、对电极和参比电极浸入100ml电解液中，在恒电压模式下采用电沉积法电沉积100s，以使在WO3-a(W具有+2、+3、+4、+5、+6多重氧化态，通常用WO3-a表示氧化钨，用3-a表示氧化钨中氧的原子数，其中，0<a<1)纳米线的表面包覆一层金属氧化物MoO3-X(Mo具有+2、+3、+4、+5、+6多重氧化态，通常用MoO3-X表示氧化钼，用3-x表示氧化钼中氧的原子数，其中，0<X<1)，在碳布上得到(MoO3-X/WO3-a)核壳结构前驱体，其中，电解液为Na2MoO4(过渡金属酸盐)、己二胺四乙酸二钠(C10H14N2Na2O8)和乙酸铵(C2H7NO2)的混合溶液，电解液中过渡金属酸盐的浓度为0.1mol/L，按体积份数计，己二胺四乙酸二钠和乙酸铵的比为1：1，对电极为碳棒，参比电极为Ag/AgCl，电沉积法的电压为-2V；
3)进行化学气相沉积反应：将步骤2)所得碳布放置在基底上，生长有纳米线的碳布一面接触于基底的二氧化硅抛光面，将基底放置于管式炉的加热区(管式炉的石英管的口径为50mm。加热区位于石英管的中部位置)，将硫粉置于一容器内并放置于距离加热区15mm的气流上游位置，可以利用加热区辐射的热量进行加热，向管式炉内以500sccm的流速持续通入氩气25min以排除管式炉内的空气，调整氩气的流速至120sccm，以氩气作为前述的气流，将加热区以20℃/min的速率升温至800℃并于该温度保持30min，然后降至室温，在基底上得到垂直二维异质结WS2/MoS2，其中，基底为Si/SiO2，容器为刚玉舟。
通过上述实验步骤，成功在Si/SiO2基底上获得垂直二维异质结WS2/MoS2。
本实施例所制备的WOa-x纳米线的扫描电子显微镜照片如图1所示，从图中可以看出WOa-x纳米线是有序且均匀的。
本实施例所制备的垂直二维异质结WS2/MoS2的光学照片如图2所示，从图中可以看出WS2和MoS2具有明显的边界。
本实施例所制备的垂直二维异质结WS2/MoS2的拉曼特征峰如图3所示，图中给出了WS2/MoS2异质结的拉曼特征峰，可以看出垂直二维异质结WS2/MoS2的拉曼特征峰与文献报道出来的WS2/MoS2的拉曼特征峰相吻合(J.Zhu,W.Li,R.Huang,L.Ma,H.Sun,J.H.Choi,L.Zhang,Y.Cui,and G.Zou,J.Am.Chem.Soc.142,16276.)，由此可知，本实施例避免了异质结生长过程中合金化的形成。
实施例2
一种垂直二维异质结的构筑方法，与实施例1基本相同，不同之处仅在于将Na2MoO4替换成NaReO4，电沉积法的电压为-4V，即步骤2)在纳米线的表面包覆一层金属氧化物ReO3-y(Re具有+4、+5、+6、+7多重氧化态，通常用ReO3-y表示，其中0<y<1)，步骤3)在基底上得到垂直二维异质结WS2/ReS2。
本实施例所制备垂直二维异质结WS2/ReS2的光学照片如图4所示，从图中可以看出WS2和ReS2具有明显的边界。
本实例所制备的垂直二维异质结WS2/ReS2的拉曼特征峰如图5所示，并且完全吻合文献(K.Keyshar,Y.J.Gong,G.Ye,G.Brunetto,W.Zhou,D.P.Cole,K.Hackenberg,Y.He,L.Machado,M.Kabbani,A.H.C.Hart,B.Li,D.S.Galvao,A.George,R.Vajtai,C.S.Tiwary,P.M.Ajayan,Adv.Mater.2015,27,4640.)中给出的拉曼图谱，由此可知，本实施例避免了异质结生长过程中合金化的形成。
对比例1
用三氧化钨粉末进行二维二硫化铼晶体制备
1)称取200mg的WO3粉末放置于长10cm、宽1cm、高0.8cm的氧化铝坩埚中。
2)将Si/SiO2基底放置于氧化铝坩埚顶端的敞口，使Si/SiO2基底和WO3粉末的距离为0.5cm，其中基底的SiO2面朝向三氧化钨粉末。
3)将Si/SiO2基底的坩埚放置于管式炉的加热区(管式炉的石英管的口径为50mm。加热区位于石英管的中部位置)，将硫粉置于刚玉舟内并放置于距离加热区15mm的气流上游位置，可以利用加热区辐射的热量进行加热，向管式炉内以500sccm的流速持续通入氩气25min以排除管式炉内的空气，调整氩气的流速至120sccm，以氩气作为前述的气流，将加热区以20℃/min的速率升温至950℃并于该温度保持30min，然后降至室温20～25℃，在基底上得到二维晶体WS2。
本对比例所制备的WS2的光学照片如图6所示，从图中可以看出在本对比例中基底上可以成长出单层或少层的WS2。
本对比例所制备的WS2的拉曼特征峰如图7所示。拉曼峰位为355cm-1和426cm-1为WS2的拉曼特征峰。
对比例2
本对比例与对比例1基本一致，不同之处仅在于将950℃替换成800℃，反应结束后，经测试在基底上并未获得任何材料。
由此可知，通过对比例1和2可以看出本发明异质结中WS2的制备温度远低于用WO3粉末制备WS2的制备温度，即构筑方法相对于粉末状态的前驱体可以大幅降低反应温度。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种垂直二维异质结的构筑方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)准备一顶端敞口的反应容器，在所述反应容器内放入原料，将所述反应容器放置于一密闭的反应腔内，在所述反应容器的上方放置一碳布，向所述反应腔内同时持续充入惰性气体和氧气，将所述反应腔内的压强调整至100-200Pa，使所述反应容器升温至1000-1100℃并于该温度保持3-20min直至在所述碳布上得到纳米线，其中，所述原料为金属单质；
2）制备核壳结构前驱体：将步骤1）所得碳布固定在工作电极上，将所述工作电极、对电极和参比电极浸入电解液中，采用电沉积法，以使在所述纳米线的表面包覆一层金属氧化物，在碳布上得到核壳结构前驱体，其中，所述电解液为过渡金属酸盐、己二胺四乙酸二钠和乙酸铵的混合溶液；
3）进行化学气相沉积反应：将步骤2）所得碳布放置在基底上且核壳结构前驱体接触所述基底，将所述基底放置于管式炉的加热区，将硫粉置于一容器内并放置于距离所述加热区15-20cm处的气流上游位置，向所述管式炉内通入惰性气体以排除管式炉内的空气，以所述惰性气体作为气流，将所述加热区以20-40℃/min的速率升温至700-850℃并于该温度保持10-40min，降至室温，在所述基底上得到垂直二维异质结；
在所述步骤1）中，所述金属单质为W、V、Re、Ta或Nb；
在所述步骤2）中，所述金属氧化物为MoO3-X、ReO3-y或VO3-z，其中0<x<1,0<y<1,0<z<1，相对应的所述过渡金属酸盐依次为Na2MoO4、NaReO4或Na3VO4。
2.根据权利要求1所述的构筑方法，其特征在于，在所述步骤1）中，所述原料的质量份数与所述碳布的面积份数的比为(1～5)：(2~6)，其中，所述质量份数的单位为g,所述面积份数的单位为平方厘米，所述碳布的厚度为0.3-0.4mm，所述碳布与所述反应容器的底面的距离为0.3-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的构筑方法，其特征在于，在所述步骤1）中，向所述反应腔内充入惰性气体的流量为100-200sccm，向所述反应腔内充入氧气的流量为0.1-10sccm。
4.根据权利要求1所述的构筑方法，其特征在于，在所述步骤2）中，所述对电极为碳棒，所述参比电极为Ag/AgCl。
5.根据权利要求4所述的构筑方法，其特征在于，在所述步骤2）中，所述电沉积法在恒电压模式下进行，所述电沉积法的电压为-10～10V。
6.根据权利要求5所述的构筑方法，其特征在于，在所述步骤2）中，所述电解液中过渡金属酸盐的浓度为0.1mol/L，按体积份数计，己二胺四乙酸二钠和乙酸铵的比为1：1。
7.根据权利要求6所述的构筑方法，其特征在于，在所述步骤2）中，所述电沉积法的时间为20-2000s。
8.根据权利要求1所述的构筑方法，其特征在于，在所述步骤3）中，所述基底为云母、蓝宝石或Si/SiO2，排除管式炉内的空气时通入惰性气体的流速为500-1000sccm，以所述惰性气体作为气流时惰性气体的流速为80-200sccm。
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| CN110408953A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-05 | 哈尔滨理工大学 | 一种磷掺杂硫化钨@氧化钨多孔核壳纳米线柔性阵列电极及其制备方法 |
| CN112121828A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-12-25 | 四川大学 | 电沉积法制备水滑石基三维核壳异质纳米阵列水氧化电催化剂 |
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