化學(xué)氣相沉積法控制合成低維過渡金屬硫族化合物的研究中期報(bào)告

化學(xué)氣相沉積法控制合成低維過渡金屬硫族化合物的研究中期報(bào)告1.引言近年來，低維過渡金屬硫族化合物以其優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，成為了一類備受研究者關(guān)注的材料。其中，二維過渡金屬二硫化物(TMDs)、二維過渡金屬氧化物(TMDOs)、一維過渡金屬硫化物(TMCs)等低維化合物，具有獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)和特殊的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)，因此被廣泛應(yīng)用于納米電子學(xué)和光電領(lǐng)域。多種合成方法已經(jīng)被開發(fā)出來，但是需要得到一種簡單、高效、可控的方法來合成這一類材料。化學(xué)氣相沉積法(CVD)是一種廣泛應(yīng)用的方法，已被用于低維納米材料的制備，可以在低壓下通過化學(xué)反應(yīng)來控制基底上熱解沉積的材料的形成。本文重點(diǎn)闡述了CVD合成低維過渡金屬硫族化合物的研究進(jìn)展，并介紹了我們實(shí)驗(yàn)室在此領(lǐng)域的研究進(jìn)展。2.CVD合成低維過渡金屬硫族化合物的研究進(jìn)展在低維過渡金屬硫族化合物的合成中，CVD方法具有很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榭梢酝ㄟ^化學(xué)反應(yīng)來控制材料的形態(tài)和晶面方向，同時(shí)可以在不同的氣氛下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而控制材料的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。以下是我們總結(jié)的CVD合成低維過渡金屬硫族化合物的最新研究進(jìn)展：(1)二維過渡金屬二硫化物(TMDs)目前，CVD方法被廣泛應(yīng)用于制備TMDs。例如，可以通過氫氣還原硫化物和金屬前驅(qū)物制備d-MoS2，也可以通過硫化氫氣體和單金屬前驅(qū)物(例如MoCl5)制備MoS2。除此之外，還可以采用有機(jī)氣體、惰性氣體等輔助氣體，通過調(diào)節(jié)沉積的條件來控制TMDs的晶形、階段和形態(tài)等物理和化學(xué)性質(zhì)。(2)二維過渡金屬氧化物(TMDOs)與TMDs相比，TMDOs的制備更為困難，這主要是因?yàn)槠渲苽湫枰诟邷睾透哐鯕饣瘲l件下進(jìn)行。而且，由于它們的氧化性和固相反應(yīng)性，通常需要采用新的前驅(qū)體和反應(yīng)場(chǎng)。目前，主要通過使用有機(jī)分子前驅(qū)體來合成TMDOs。例如，可采用二苯基胺(N,N-diphenylamine)前驅(qū)體和氮?dú)鈿夥罩苽鋀18O49納米線，還可以采用金屬有機(jī)化合物(Nitracenyl-vinyl)氧化和納米碳管碳?xì)饣▉碇苽銼nO2納米片。(3)一維過渡金屬硫族化物(TMCs)在合成TMCs時(shí)，CVD方法顯示出了極大的優(yōu)勢(shì)。例如，可采用有機(jī)金屬前驅(qū)體和氫硫化氣體制備NiS納米線和IrS2薄膜。Nanowire中硫含量很高，表明了材料的穩(wěn)定性和硫化作用的效果；IrS2薄膜中，硫源是硫脲，所以它具有更高的純度和穩(wěn)定性。3.實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)展與以上研究進(jìn)展不同的是，我們實(shí)驗(yàn)室提出了一種新的方法——?dú)饷茇?fù)壓反應(yīng)器法(NSPR)，用于合成TMDs和TMDOs。該方法與傳統(tǒng)CVD方法相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)可以在較低的溫度下合成材料，從而減少了高溫異相成核的可能性。(2)可以限制反應(yīng)物的擴(kuò)散，從而形成更為純凈的產(chǎn)品。(3)可以控制反應(yīng)氣氛，從而調(diào)節(jié)材料的形貌和結(jié)構(gòu)。(4)可以通過NSPR合成大尺寸的TMDs和TMDOs。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用了MoCl5和H2S氣氛來制備MoS2層狀結(jié)構(gòu)，并通過XRD、SEM、TEM和Raman光譜等手段來表征其結(jié)構(gòu)和形態(tài)。結(jié)果表明，采用氣密負(fù)壓反應(yīng)器法制備的MoS2具有較高的結(jié)晶度和較小的層間距離，與傳統(tǒng)CVD方法相比，具有更好的性能。4.結(jié)論綜上所述，CVD方法是一種有效的合成低維過渡金屬硫族化合物的方法，其與物質(zhì)沉積、結(jié)晶過程、信息處理、光電等領(lǐng)域密切相關(guān)。我們提出了一種新的方法——?dú)饷茇?fù)壓反應(yīng)器法(NSPR)，可以用于合成TMDs和TMDO