[发明专利]一种具有条纹结构的过渡金属二硫属化合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有条纹结构的过渡金属二硫属化合物及其制备方法。其中，具有条纹结构的二硒化钒，不仅具有单层二硒化钒固有的硒钒硒三层原子构成的三明治层状结构，并且表面布满由线状硒空位等间距排列所构成的一维条纹。本发明在特定的真空条件下，对单层的二硒化钒进行退火处理，通过控制退火处理的工艺参数使得单层二硒化钒中的硒原子部分脱附产生硒空位，剩余的硒进行晶格重排，从而在单层二硒化钒表面生成有序的周期性的一维条纹纳米结构，该一维条纹纳米结构是一种可逆的结构。这种高度有序并可调制的单层二硒化钒面内一维条纹结构材料为实现二维材料功能化提供了新的途径，在低维材料、分子电子学、催化等相关研究与应用方面具有广泛的应用潜力。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种具有条纹结构的过渡金属二硫属化合物及其制备方法。

背景技术

石墨烯的发现及优越的物理性质和巨大的应用潜力，激励人们对其他二维材料及结构调控进行探索。随着近十年来二维材料制备及应用的发展和进步，对这些新型二维材料进行功能化开始受到关注。实现二维材料的功能化可以极大地改变材料的性能，从而扩展其应用潜力。为了实现二维材料的功能化，一种重要的手段就是对其结构进行调控，这就要求被调控的二维材料本身具有较好的结构可塑性。过渡金属二硫属化合物就是这样的一种二维材料。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)。其具有独特的三明治层状结构，一层过渡金属二硫属化合物由上下两层硫族元素(X)与中间一层过渡金属元素(M)构成。同一层过渡金属二硫属化合物中的三层原子互相成键，结合较强，而不同层过渡金属二硫属化合物层间则呈范德瓦尔斯力，相互作用较弱，从而易于相互解离。这一类材料具有一系列丰富的力学，电学，光学，热学和化学性质。研究发现，当这些层状化合物由块体被剥离成几层甚至单层，则其主要物理性质被保存的同时还会由于量子限制效应带来一些其他的物理特性。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，并具有很强的光致发光性，使其在纳米电子学和光电子学方面具有很广阔的应用前景。

由于过渡金属二硫属化合物独特的三明治层状结构，其层内原子具有较强的结构稳定性，使得其在部分原子缺失的情况下仍然可以保持整体的层状结构。并且根据硫族元素原子(X)的排列方式不同，过渡金属二硫属化合物通常具有两种构型：三棱柱型(H型)和八面体型(T型)。这些结构上的可塑性为调控其结构提供了很强的塑造空间。近年来，使二维过渡金属二硫属化合物材料表面产生周期性结构，从而改变其电子特性并发掘新的物理性质，成为人们研究的热点。对材料周期性结构调控的进一步研究，包含了对转变构型结构区域大小和形状的控制、寻找更简单的构型转变方法、形成带有图案形状的有序结构区域等方面，它们都会对未来二维纳米器件的精确调制和应用产生巨大的影响。

二硒化钒(化学式:VSe₂)是近年来制备成功的新型二维过渡金属二硫属化合物材料，理论和实验均证明了其具有八面体型(T型)的稳定构型，是一种具有磁性的二维材料，具有很好的导电性和电催化特性；而对其表面周期性结构的调控，目前还没有报道。研究二硒化钒二维材料表面周期性结构的调控，对于发现材料的新特性，拓宽其在纳米电子学和电催化等方面的应用和进一步探索二维过渡金属二硫属化合物材料的构型转变机理都有着极其重要的作用。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种具有条纹结构的过渡金属二硫属化合物。过渡金属二硫化合物表面形成的一维纳米条纹结构是一种可逆的结构。

本发明的第二个目的在于提供一种具有条纹结构的过渡金属二硫属化合物的制备方法。

一种具有条纹结构的过渡金属二硫属化合物，具有单层过渡金属二硫属化合物固有的硫族元素-过渡金属元素-硫族元素三层原子构成的三明治层状结构，并且表面布满由线状硫族元素空位等间距排列所构成的一维条纹。

进一步地，所述过渡金属二硫属化合物为二硒化钼、二硒化钛或二硒化钒等。