[发明专利]一种二维金属锰硫族化合物材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种二维金属锰硫族化合物的制备方法：1)对反应腔室抽真空，使本底真空达到1.0x10⁰Pa–1.0x10^‑6Pa；2)将气态原材料Mn源和S源或Se源由惰性载气传输至反应腔室的衬底，其中采用MnCl₂、MnBr₂或MnI₂作为Mn源；3)在还原性或氧化性气氛下，气态原材料Mn源和S源或Se源在温度450–850℃下反应形成MnX₂材料，X＝S或Se。本发明所提供的二维金属锰硫族化合物的制备方法简单，原材料资源丰富、无毒、无害，制备过程对环境不存在不良影响，且制备的金属锰硫族化合物具有优异的光、电、磁性能。

技术领域

本发明涉及二维材料的制备领域，具体涉及一种二维金属锰硫族化合物材料的制备方法。

背景技术

以sp²杂化的单一碳原子层的石墨烯是最典型的一种二维材料，自2004年以来，受石墨烯的影响，二维材料成为凝聚态物理、材料科学、光电信息科学等领域的研究热点。二维材料主要有由元素周期表中第四主族元素构成的层状薄膜，如石墨烯(由碳元素组成)、硅烯(由硅元素组成)和锗烯(由锗元素组成)、金属硫族化合物(TMDs)如MoS₂，WS₂等，以及其他层状材料；由平面状的一层一层堆砌成层数不同的二维材料[Chem.Rev.113,3766(2013)；Nature 499,419(2013)]。

二维纳米材料如石墨烯、TMDs、h-BN、黑磷、硅烯等二维原子晶体层状材料具有独特的光电特性，在信息光电子方面具有潜在应用前景。2017年美国研究者在二维层状Cr₂Ge₂Te₆【Nature 546,265(2017)】和CrI₃【Nature 546,270(2017)】材料中发现了二维单层极限下的本征铁磁性和反铁磁性，这燃起科学家们在二维材料体系寻求铁磁半导体材料的巨大兴趣；不过，Cr₂Ge₂Te₆和CrI₃都不稳定；随后，磁性二维材料成为研究热点【NanoToday 34,100902(2020)】。磁性二维材料在自旋量子器件方面具有潜在应用价值。对于MnS₂和MnSe₂而言，理论研究表明它们是磁性半导体【Phys.Chem.Chem.Phys.16,4990(2014)】，然而，至今实验制备二维的MnS₂和MnSe₂鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维金属锰硫族化合物材料(MnX₂,X＝S或Se)的制备方法。本发明所提供的二维金属锰硫族化合物的制备方法简单，原材料资源丰富、无毒、无害，制备过程对环境不存在不良影响，且制备的金属锰硫族化合物具有优异的光、电、磁性能。

本发明所提供的技术方案为：

一种二维金属锰硫族化合物材料的制备方法，所述制备方法包括：

1)对反应腔室抽真空，使本底真空达到1.0x 10⁰Pa–1.0x 10^-6Pa；

2)将气态原材料Mn源和S源或Se源由惰性载气传输至反应腔室的衬底，其中采用MnCl₂、MnBr₂或MnI₂作为Mn源；

3)在还原性或氧化性气氛下，气态原材料Mn源和S源或Se源在温度450–850℃下反应形成MnX₂材料，X＝S或Se。

在步骤(2)中，所述Mn源采用加热或能量粒子束处理成为气态原材料。

在步骤(2)中，所述S源或Se源为硫粉或硒粉，所述硫粉或硒粉采用加热或能量粒子束处理成为气态原材料。