[发明专利]一种二硒化铂晶体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二硒化铂二维晶态材料及其制备方法，其步骤包括：1)在真空环境下，将适量高纯度硒蒸发沉积到过渡金属铂基底上；2)进行退火处理，以使覆盖在所述基底表面的硒原子和基底铂原子发生相互作用，形成硒‑铂‑硒三明治排布的二维有序晶态膜状结构，从而获得二硒化铂晶态材料。这种无机二维晶态材料是过渡金属二硫属化合物家族的新成员，拓展了非碳基二维晶体材料的研究领域，在未来信息电子学及器件开发研究方面具有广泛的应用潜力。本发明通过分子束外延方法生长出了大面积高质量的二硒化铂二维晶态材料，便于进一步研究二硒化铂晶态材料的电子性质及相关应用开发。

技术领域

本发明涉及一种过渡金属二硫属化合物二维晶态材料及其制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

石墨烯，作为二维原子晶体材料的经典代表，自2004年被成功地从其母体石墨中剥离出以来，由于其独特的电子和物理性质，十年间成为举世瞩目的研究热点，引发了世界范围内对新型二维晶体材料的探索和研究热潮。石墨烯奇异的物理特性来源于其独特的电子结构：动量空间中K点附近的线性色散关系使得其载流子可以被看作无质量狄拉克费米子，从而带来了一系列全新的物理性质。石墨烯极高的电子迁移率，高机械强度，高热导率，高光透率等优异的物理性质使得其在微纳米器件、传感器、高效转换电池、透明导电膜、太赫兹器件等领域有着重要的应用前景。但是，石墨烯有其天生的缺陷：电子结构中缺少能隙。为克服这种不足而发展起来的方法，如化学修饰，制备纳米带，施加电场等，增加了制备工艺的复杂性并且降低了石墨烯的迁移率。

石墨烯的优异性能及在应用开发方面所面临的挑战，以及近几年材料制备方法的发展和进步，使得人们开始关注其他类石墨烯性质的新型二维原子晶体材料。过渡金属二硫属化合物就是其中的一类。过渡金属二硫属化合物的化学式通常表示为MX₂，其中M代表过渡金属元素，而X表示一种硫族元素(硫，硒和碲)。块体过渡金属二硫属化合物具有和石墨烯类似的层状结构，作为一个大家族，其成员丰富多样，从绝缘体(如二硫化铪)到半导体(如二硫化钼，二硫化钨)，从半金属(如二碲化钨)到纯金属(如二硒化钒)，它们表现出丰富的力学，电学，光学，热学和化学性质。一些特别的过渡金属二硫属化合物(如二硒化铌，二硫化钽)还表现出了包括超导，电荷密度波，莫特转变等一系列奇特的低温现象。若这些块体层状化合物被剥离成几层甚至单层，其主要物理性质被保存、同时还会尺寸降低引起量子限制效应，从而带来一些新奇的物理特性。例如，将二硫化钼的厚度从块体减小到单层时，其电子结构发生了从间接带隙到直接带隙的转变。

将过渡金属二硫属化合物的新物性付之应用，高质量、原子层厚度、大面积材料的制备是其关键和基础。目前常用的制备方法主要分为自上而下的剥离法和自下而上的合成法。前者包括胶带机械剥离法，液相剥离法，化学插层剥离法等；后者包括化学气相沉积法和化学合成法。

作为过渡金属二硫属化合物家族中的一员，有理论预言，从块体到单层，二硒化铂材料的电子能带实现了半金属-半导体转变，使其在光催化等领域具有广泛的应用潜力，但是关于其实验制备方法，特别是单层厚度的样品的制备，至今没有报道。作为一种全新的超薄二维晶体材料，二硒化铂的获得是对其进一步物性研究和实际应用的前提和条件。因此，实验上寻找一种制备高质量二硒化铂二维晶态材料的方法显得尤为重要。

发明内容

针对上述现状，本发明提供了一种二硒化铂晶体材料及其制备方法。具体地，本发明公开了一种二硒化铂(PtSe₂)二维晶态材料，其特征在于，硒原子层和铂原子层形成为硒-铂-硒的三明治结构，所述三明治结构在二维平面内周期性扩展。

本发明还公开了一种上述二硒化铂二维晶态材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在真空环境下，将适量高纯度硒蒸发沉积到过渡金属基底上；

2)进行退火处理，以使覆盖在所述基底表面的硒原子和基底铂原子发生相互作用，形成硒-铂-硒三明治排布的二维有序晶态膜状结构，从而获得二硒化铂晶态材料。