[发明专利]少层过渡金属硫化物/石墨烯复合二维材料及制备与应用

说明书

本发明属于表面增强拉曼光谱传感衬底材料领域，公开了一种少层过渡金属硫化物/石墨烯复合二维材料及制备与应用，该复合二维材料包括过渡金属硫化物层状二维纳米片成分与石墨烯层状二维纳米片成分，且这两种成分通过静电吸附作用相复合。本发明通过对复合材料的成分组成及结构、以及对应制备方法的整体工艺流程设计进行改进，利用少层过渡金属硫化物层状二维纳米片与石墨烯层状二维纳米片通过静电吸附作用得到少层过渡金属硫化物/石墨烯复合二维材料，尤其可作为表面增强拉曼散射(SERS)衬底材料应用(例如，可作为SERS活性衬底中的敏感材料，用于对有机分子R6G等的痕量检测)。

技术领域

本发明属于表面增强拉曼光谱传感衬底材料领域，更具体地，涉及一种少层过渡金属硫化物/石墨烯复合二维材料及制备与应用，尤其可以得到WSe₂/Graphene复合二维材料和MoS₂/Graphene复合二维材料。

背景技术

二维过渡金属硫化物(TMDs)由于其优异的光电特性和较大的比表面积在传感领域得到了广泛的关注。TMDs多数为层状结构的半导体，具有层依赖光学特性，部分TMDs随着层数的减少会出现间接带隙向直接带隙的转变。探索低成本和高产量的少层TMDs的制备方法，研究二维TMDs作为传感器件的活性材料具有重要意义。

SERS(Surface-Enhanced Raman Scattering，即，表面增强拉曼散射)传感领域中，基于化学增强机理的二维半导体衬底其SERS信号展现出良好的重现性和均匀性，但其信号的增强性较差，为了提高衬底的SERS信号，构建异质结是一种有效提升衬底SERS信号的方法。常见复合二维材料的方法为在一种二维材料表面原位生长另一种二维材料，该方法具有操作复杂、成本高昂和产量较低等缺点。

中国专利CN110104642 A公开了一种2D+2D的MoS₂-Ag-rGO纳米复合物及其制备方法，虽然它也公开了MoS₂与rGO的复合方法，但仍存在MoS₂纳米片厚度较厚和仅适用于MoS₂与rGO复合的局限性等问题。

中国专利CN111678906 A公开了一种MoS₂-Ag-氮掺杂石墨烯纳米复合材料表面增强拉曼基底及其制备方法，虽然它也公开了MoS₂与石墨烯的复合方法，但仍存在复合过程中MoS₂厚度不易调控、操作复杂和适用性不够广泛等问题。

为了调控二维过渡金属硫化物与石墨烯复合材料的厚度和拓展二维过渡金属硫化物复合材料的适用性，本发明提出了一种简便的液相剥离与静电吸附相结合的制备方法。

发明内容

针对现有二维材料复合技术中的复杂性和低适用性等问题，本发明的目的在于提供一种少层过渡金属硫化物/石墨烯复合二维材料及制备与应用，其中通过对复合材料的成分组成及结构、以及对应制备方法的整体工艺流程设计进行改进，利用少层过渡金属硫化物层状二维纳米片(少层WSe₂或少层MoS₂，其总层数均不超过10层，尤其不超过5层)与石墨烯层状二维纳米片通过静电吸附作用得到少层过渡金属硫化物/石墨烯复合二维材料，尤其可作为表面增强拉曼散射(SERS)衬底材料应用(例如，可作为SERS活性衬底中的敏感材料，用于对有机分子R6G等的痕量检测)，少层WSe₂/Graphene复合样品的拉曼增强因子相比于块材WSe₂提高了三个数量级。并且，本发明制备方法基于液相剥离和静电吸附复合方法获得复合二维材料，利用液相剥离与静电吸附相结合，得到了两种少层过渡金属硫化物(WSe₂、MoS₂)与石墨烯(Graphene)的二维复合纳米片，该制备方法相比于传统二维材料复合方法具有操作简单，价格低廉，产量高和适用性广泛等优点。