[发明专利]二硫化铼或二硒化铼晶体的制备方法

说明书

本发明公开了一种二硫化铼或二硒化铼晶体的制备方法。所述方法先将铼粉、硫粉或硒粉及碘传输剂超声混合均匀，并以丙烷或氢氧焰密封端口，然后置于双温区管式炉中预热，源区温度升高后进行正式反应，待生长完成后，先缓慢降温再自然降温，制得二硫化铼或二硒化铼晶体。本发明利用化学气相输运法，采用封闭系统，反应条件可控，合成稳定且重复性高，能够为机械剥离提供高质量的层状材料块状晶体。

技术领域

本发明属于二维过渡金属硫族化合物的制备领域，涉及一种二硫化铼或二硒化铼晶体的制备方法。

背景技术

近年来，以石墨烯的研究为契机，各类二维材料的合成制备、物性研究及其器件研发都蓬勃发展起来。以二维过渡金属硫族化合物为例，组分和结构的多样性，使其具备丰富的物理化学性质，电学性质涵盖绝缘体、半导体至金属，在传感器、电化学催化、光电器件等领域拥有广阔的应用前景。

二维材料的高质量制备是开展物性研究以及器件构筑的前提与基础。目前二维材料制备方法主要包括“自上而下”的剥离法和“自下而上”的合成法。机械剥离是最早用于超薄二维材料制备的方法，人类历史上发现的第一种二维材料——石墨烯就是由机械剥离法制备得到的。对于元素丰度较高、化学性质稳定的材料，自然界通常存在天然的矿石，例如：辉钼矿的主要成分是二硫化钼，辉钨矿的主要成分是二硫化钨。但是，对于元素丰度较低、化学性质不太稳定的材料，就需要在实验室人工合成。

以VIIB族铼基二硫化物ReX₂(X＝S或者Se)为代表的各向异性过渡金属硫族化合物材料，通常形成具有低对称性的三斜晶系扭曲八面体结构。独特的晶格结构赋予了这一类材料许多特殊的性质，例如各向异性光学、电学性质，有望应用于构筑新型光电器件和逻辑电路。但是，由于铼源价态多变且挥发不可控、易于发生反对称生长得到形貌不规则的枝状结构、且易于发生垂直平面生长从而得到三维的厚层花瓣结构，这使得ReX₂的生长行为比各向同性过渡金属硫族化合物材料(如二硫化钼、二硒化钨等)更为复杂，因此采用二维材料常见合成方法(如化学气相沉积法、物理气相沉积法等)来制备这类材料是较为困难的。传统意义上，化学气相输运技术，并不直接应用于制备二维材料，而是一种块体材料的合成方法，常用于单晶生长、新化合物的合成及物质的提纯等。研究者们尝试利用化学气相输运的方法来合成ReX₂材料：2016年，Bhakti Jariwala等基于垂直结构的布里奇曼(Bridgman)晶体生长炉，历经10天，合成出径向尺寸为4×5mm²的ReS₂和ReSe₂晶体(Chem.Mater.,2016,28:3352)。2019年，清华大学焦丽颖团队，采用卤素源(KCl)作为输运剂、在密闭安瓿管中部烧制阀口，引入云母、蓝宝石等衬底，生长了单层和少层ReSe₂纳米片(InfoMat,2019,1:552)。上述方法操作步骤较为复杂、实验装置要求较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用化学气相输运法制备二硫化铼或二硒化铼晶体的方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

二硫化铼或二硒化铼晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，装样：将铼粉、硫粉或硒粉按化学计量比1：2，及碘传输剂，装入石英安瓿管中，用封口胶密封，超声处理；

步骤2，封装：将石英安瓿管真空度抽至10^-4Torr，以丙烷或氢氧焰密封端口；

步骤3，反应物预热：将石英安瓿管水平放置到双温区管式炉中，将源区和生长区的温度分别加热至900℃和1000℃，并保持24h；

步骤4，正式反应：将源区温度升至1060℃，同时保持生长区温度不变，在源区温度1060℃、生长区温度1000℃的温度梯度下生长；