[发明专利]一种利用石墨烯抑制铂表面的硒化反应以及控制单层二硒化铂生长的方法

说明书

本发明公开了一种利用石墨烯抑制铂表面的硒化反应以及控制单层二硒化铂生长的方法；在直接硒化法生长二硒化铂的过程中，通过向在真空中被加热至合适温度的铂(111)晶面上沉积硒原子，可以在铂的表面上外延生长单层的二硒化铂；本发明利用铂(111)表面石墨烯的限域效应对硒化反应的抑制作用，通过在硒化前的铂表面上外延生长石墨烯，可以实现对上述硒化反应的抑制；通过控制石墨烯的覆盖区域可以实现对特定区域的硒化反应产生抑制，从而控制单层二硒化铂的形貌；这种对单层二硒化铂生长的控制方法为实现该种二维材料的图案化提供了新的途径，在低维材料、纳米电子学、传感和催化等相关研究与应用方面具有广泛的潜力。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种利用石墨烯抑制铂表面的硒化反应以及控制单层二硒化铂生长的方法。

背景技术

二维过渡金属二硫族化合物以其独特的结构和电学性质被认为是低维电子器件的理想候选材料。作为过渡金属二硫族化合物的一员，单层二硒化铂 (PtSe₂)是一种二维半导体材料。同时它具有高载流子迁移率和谷电子学效应等优良性能，这些特性在电子学、自旋电子学、催化和传感器等领域具有重要的应用前景。这种二维材料最早于2015年被报导通过对铂(111)表面进行直接硒化的方法实现制备，该方法通过向铂(111)表面沉积硒原子并加热至270℃，在铂(111)的表面实现单层二硒化铂的外延生长。由于在对一种二维材料实现器件化之前，往往需要将该种二维材料塑造成特定的形状及异质结构。因此，在生长制备单层二硒化铂之外，如何构建这种二维材料的平面结构以及将其与其它二维材料相连接，是拓展其应用范围的一个关键问题。

为了构建二硒化铂精细的纳米结构，就需要找到一种有效的自下而上的方法来控制其形貌。之所以需要自下而上的方法，是因为常见自上而下的刻蚀方法容易导致二硒化铂结构的破损。而在直接硒化的方法生长单层二硒化铂的基础上，进一步控制铂(111)衬底不同位置的硒化过程，则可以作为一种在生长中自下而上直接控制形貌的可行手段。另一方面，近年来的研究表明，由二维材料界面所调控的限域反应(Confined Reaction)可以对界面处插层的生长过程形成调节，从而改变最终的反应产物。这是由于界面的限域效应可以显著影响被束缚在里面的原子、分子的化学行为，改变它们的化学势，从而导致与非限域条件下不同的反应。通过利用限域反应，人们可以在层状异质结构中的界面来生长具有新奇结构的二维材料，例如利用石墨烯异质结构的界面实现生长单层的氮化镓、二硒化铼和硅硒等二维材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用石墨烯抑制铂表面的硒化反应以及控制单层二硒化铂生长的方法，以实现构建二硒化铂精细的纳米结构。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种利用石墨烯抑制铂表面的硒化反应的方法，包括在铂(111)表面外延生长覆盖单层石墨烯。

作为本发明的一种优选方案，采用在铂(111)上800-1000℃裂解乙烯的方式在铂(111)表面覆盖单层石墨烯以实现在250-500℃的温度范围内抑制铂(111)表面的硒化反应。

作为本发明的一种优选方案，在250-500℃的温度范围内抑制铂(111) 表面的硒化反应具体包括：

步骤101、在真空环境下，将晶面抛光的铂(111)单晶加热至800-1000℃并保持温度不变；

步骤102、向真空腔内通入乙烯气体至气压为1×10^-4Pa，保持温度和气压不变使乙烯在铂(111)表面充分裂解；

步骤103、2mins后停止加热，然后停止通气，在铂(111)表面外延生长获得一层石墨烯；

步骤104、将覆盖有石墨烯的铂(111)单晶加热至250-500℃并沉积硒原子，在铂(111)和石墨烯的界面上形成一层硒插层。