化學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告

化學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)異的物理和化學性質(zhì)，成為了一類備受研究者關注的材料。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，具有獨特的能帶結(jié)構和特殊的光學、電學性質(zhì)，因此被廣泛應用于納米電子學和光電領域。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?；瘜W氣相沉積法(CVD)是一種廣泛應用的方法，已被用于低維納米材料的制備，可以在低壓下通過化學反應來控制基底上熱解沉積的材料的形成。本文重點闡述了CVD合成低維過渡金屬硫族化合物的研究進展，并介紹了我們實驗室在此領域的研究進展。2.CVD合成低維過渡金屬硫族化合物的研究進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，因為可以通過化學反應來控制材料的形態(tài)和晶面方向，同時可以在不同的氣氛下進行實驗，從而控制材料的電學和光學性質(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展：(1)二維過渡金屬二硫化物(TMDs)目前，CVD方法被廣泛應用于制備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，這主要是因為其制備需要在高溫和高氧氣化條件下進行。而且，由于它們的氧化性和固相反應性，通常需要采用新的前驅(qū)體和反應場。目前，主要通過使用有機分子前驅(qū)體來合成TMDOs。例如，可采用二苯基胺(N,N-diphenylamine)前驅(qū)體和氮氣氣氛制備W18O49納米線，還可以采用金屬有機化合物(Nitracenyl-vinyl)氧化和納米碳管碳氣化法來制備SnO2納米片。(3)一維過渡金屬硫族化物(TMCs)在合成TMCs時，CVD方法顯示出了極大的優(yōu)勢。例如，可采用有機金屬前驅(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.實驗室研究進展與以上研究進展不同的是，我們實驗室提出了一種新的方法——氣密負壓反應器法(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：(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)可以限制反應物的擴散，從而形成更為純凈的產(chǎn)品。(3)可以控制反應氣氛，從而調(diào)節(jié)材料的形貌和結(jié)構。(4)可以通過NSPR合成大尺寸的TMDs和TMDOs。我們在實驗中使用了MoCl5和H2S氣氛來制備MoS2層狀結(jié)構，并通過XRD、SEM、TEM和Raman光譜等手段來表征其結(jié)構和形態(tài)。結(jié)果表明，采用氣密負壓反應器法制備的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、光電等領域密切相關。我們提出了一種新的方法——氣密負壓反應器法(NSPR)，可以用于合成TMDs和TMDO