[发明专利]一种二维二碲化钼纳米材料的限域化学气相沉积制备方法

说明书

本发明总体地涉及二维材料制备技术领域，提供了一种二维二碲化钼（MoTe₂）纳米材料的限域化学气相沉积制备方法，包括下列步骤：（1）准备两块基底，标记为基底A和基底B；将基底A的抛光面进行等离子表面处理；（2）在处理后的基底A的表面涂覆钼酸钠溶液以形成钼酸钠涂层；（3）构筑限域生长环境：将基底A的钼酸钠涂层面和基底B的抛光面以面对面的方式叠合，其中基底B在上，两者构成微米级狭缝（1‑30微米）的叠层基底；（4）通过放置位置设置使碲粉先被加热成碲蒸汽，然后与快速引入加热区的叠层基底中的钼源在限域中反应、生长；（5）取样：待石英管降至室温后，取出叠层基底，在基底B表面得到二维MoTe₂。

技术领域

本发明总体地涉及二维材料制备技术领域，具体地涉及一种二维二碲化钼纳米材料的限域化学气相沉积制备方法。

背景技术

继石墨烯之后，过渡金属硫系化合物（TMDC）作为新一代二维层状材料，由于其独特的晶体结构与能带结构，引起物理、化学等众多领域研究人员的广泛关注。二碲化钼（MoTe₂）作为过渡金属硫系化合物家族的一员，因其优异的理化性质而被广泛应用在光电子、催化等领域。二维二碲化钼的特点可以概括如下：

（1）单层MoTe₂是一种类似于三明治的Te-Mo-Te的结构；

（2）单层及两层2H相MoTe₂均是直接带隙材料，带隙为1.1eV，与Si接近，适合应用于光电晶体管、场效应晶体管（FET）等；金属性的1T’相MoTe₂，电子迁移率高，导电性好，可以与金属电极形成欧姆接触，广泛应用于微电子器件中，大大降低器件的能耗；

（3）二维MoTe₂具有较多暴露的空位、台阶与边界原子作为催化活性中心，且超高的比边界和比表面积使得活性位点更加丰富，因而二维MoTe₂有望成为一种新型高效催化剂。

目前已开发出的合成二维MoTe₂的方法有：机械与液相剥离、分子束外延（MBE）、物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等方法，其中CVD法是目前公认最有望实现工业级大面积、高结晶度、厚度可控，界面清洁的薄层MoTe₂制备的手段。目前通过CVD法制备MoTe₂的手段主要包括：（1）Mo膜的Te化；（2）MoO₃膜/MoO_x膜的Te化；（3）MoO₃粉末的Te化；（4）MoCl₅/MoO₃混合物的Te化；（5）二维MoS₂的Te取代反应。但是，由于MoTe₂中Mo-Te化学键键能弱，导致生成MoTe₂的化学反应驱动力低，产物稳定性相比其他Mo基硫化物二维材料（如MoS₂、MoSe₂）更差，因此现有的CVD法制备高质量薄层MoTe₂仍存在以下显著局限性，包括（1）反应窗口狭窄，导致对实验条件的稳定性要求苛刻，且实验重复率较低；（2）MoTe₂产物晶粒尺寸小；（3）难以在基底较大范围内获得均匀分布的产物；（4）薄层MoTe₂难以获得及保存，尤其是厚度仅为数纳米的或者更薄的单层产物。

因此，通过反应过程的特殊处理与反应装置的优化，或是开发更高效的反应先驱体，实现在更大窗口下，便捷、稳定的制备出大面积均匀高质量的薄层甚至单层MoTe₂是当下迫切需求的。

发明内容