本发明专利技术公开了一种合成二维(2D)纳米粒子的方法，所述方法包括将第一纳米粒子前体和第二纳米粒子前体在一种或多种溶剂中混合以形成溶液，随后将溶液加热至第一温度，持续第一时间段，然后接着将溶液加热至第二温度，持续第二时间段，其中第二温度高于第一温度，以实现纳米粒子前体向2D纳米粒子的转化。在一个实施方案中，第一纳米粒子前体是金属‑胺配合物并且第二纳米粒子前体是缓释硫属元素源。
Synthesis of Luminescent 2D Layered Materials Using Amine-Metal Complexes and Slowly Releasing Sulfur Precursors
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用胺-金属配合物和缓慢释放硫的前体合成发光2D层状材料相关申请的交叉引用：本申请要求2017年2月2日提交的美国临时申请系列号62/453,780和2017年11月20日提交的美国临时申请系列号62/588,774的利益，所述申请的内容通过引用整体并入本文。关于联邦政府资助研究或开发的声明：不适用专利技术背景1.专利
本专利技术总体上涉及二维(2D)材料。更特别地，其涉及2D纳米粒子。2.包括根据37CFR1.97和1.98公开的信息的相关领域的描述。通过机械剥离石墨的石墨烯的分离[K.S.Novoselov，A.K.Geim，S.V.Morozov，D.Jiang，Y.Zhang，S.V.Dubnos，I.V.Grigorieva和A.A.Firsov，Science，2004，306，666]已经引起了对二维(2D)层状材料的强烈兴趣。石墨烯的性质包括优异的强度以及高的导电性和导热性，同时重量轻、柔韧并且透明。这提供了一系列潜在应用的可能性，包括高速晶体管和传感器、阻隔材料、太阳能电池、蓄电池和复合材料。其他种类的广泛的令人感兴趣2D材料包括过渡金属二硫属化物(transitionmetaldichalcogenide，TMDC)材料，六方氮化硼(h-BN)，以及基于第14族元素的那些，诸如硅烯(silicene)和锗烯(germanene)。这些材料的性质的范围可以从半金属，例如NiTe2和VSe2，到半导体，例如WSe2和MoS2，到绝缘，例如h-BN。对于范围从催化到传感、储能和光电设备的应用来说，TMDC材料的2D纳米片越来越令人感兴趣。TMDC单层是MX2型的原子厚度半导体，其中M是过渡金属元素(Mo、W等)并且X是硫属元素(S、Se或Te)。单层的M原子夹在两层X原子之间。MoS2单层的厚度为在2DTMDC中，半导体WSe2和MoS2是特别令人感兴趣的，因为当材料的尺寸减小到单层或少层(few-layer)时，由于量子限制效应而产生另外的性质，同时在很大程度上保留了它们的块状性质。在WSe2和MoS2的情况下，这些包括当厚度减少到单个单层时展现出间接到直接的带隙跃迁，伴有强烈的激子效应。这导致光致发光效率的明显增强，为这样的材料在光电设备中的应用开辟了新的机会。其他特别令人感兴趣的材料包括WS2和MoSe2。石墨烯的发现说明了当宏观尺寸的块状晶体(bulkcrystal)减薄到一个原子层时，如何可以出现新的物理性质。与石墨一样，TMDC块状晶体由通过范德华引力彼此结合的单层形成。TMDC单层具有与半金属石墨烯明显不同的性质。例如，TMDC单层MoS2、WS2、MoSe2、WSe2和MoTe2具有直接带隙，并且可以在电子设备中用作晶体管并且在光学器件中用作发射器和检测器。第4族至第7族的TMDC主要以层状结构结晶，导致在其电学、化学、机械和热学性质方面的各向异性。每层都包括通过共价键夹在两层硫属元素原子之间的金属原子的六方堆积层。相邻的层通过范德华相互作用弱结合，其可以容易地通过机械或化学方法破坏以产生单层和少层结构。TMDC单层晶体结构不具有反转中心，这允许获得新的电荷载子自由度，即k-能谷(k-valley)指数，并且开辟了新的物理学领域：“能谷电子学(valleytronics)”。TMDC单层中的强自旋-轨道耦合导致价带中数百兆电子伏(meV)和导带中数兆电子伏的自旋轨道分裂，这允许通过调谐激发激光光子能量来控制电子自旋。自从发现直接带隙以及在电子学和能谷物理学中的潜在应用以来，TMDC单层的工作是新兴的研究和开发领域。TMDC可以与其他2D材料(例如石墨烯和六方氮化硼)组合以制造范德华异质结构器件。半导体可以吸收能量大于或等于其带隙的光子。这意味着吸收波长较短的光。如果导带能量的最小值在k-空间中与价带的最大值处于相同位置，即带隙是直接的，则半导体通常是有效的发射器。低至厚度为两个单层的块状TMDC材料的带隙仍然是间接的，因此与单层材料相比，发射效率较低。TMDC单层的发射效率比块状材料(bulkmaterial)高约104倍。TMDC单层的带隙在可见光范围内(400nm至700nm之间)。直接发射显示由自旋-轨道耦合能量分开的两个跃迁(称为A和B)。能量最低，因此在强度上最重要的是A发射。由于它们的直接带隙，TMDC单层是有前景的用于光电应用的材料。在其多层形式中，MoS2是银黑色固体，作为矿物辉钼矿(钼的主要矿石)存在。MoS2是相对不活跃的。它不受稀酸和氧的影响。MoS2在外观和感觉上类似于石墨。由于其低摩擦性和坚韧性，它被广泛用作固体润滑剂。作为TMDC，MoS2拥有一些石墨烯的理想品质(诸如机械强度和导电性)，并且可以发光，开辟了可能的应用诸如光电探测器和晶体管。对于高性能应用来说，需要平坦、无缺陷的材料，而对于在蓄电池和超级电容器中的应用来说，缺陷、空隙和孔洞是合乎需要的。可以使用“自上而下”和“自下而上”的方法制备单层和少层2D纳米片。自上而下的方法涉及从块状材料(bulkmaterial)中机械地或化学地移除层。这样的技术包括机械剥离、超声辅助液相剥离(LPE)和插层技术。自下而上的方法(其中由其组成元素生长2D层)包括化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)和分子束外延(MBE)以及基于溶液的方法(包括热注入)。在现有技术中已经描述了许多合成2D纳米片的方法，其中最常见的包括机械剥离、LPE和CVD，少数报道为主要利用热注射技术的基于溶液的方法。虽然机械剥离提供高度结晶的薄片，但是该方法产率低，厚度控制差，并且不可扩展(unscalable)。LPE提供了可扩展的制备2D纳米片的途径，并且可以在环境条件下使用比其他技术更少的危险化学品进行。然而，与机械剥离一样，它提供差的厚度控制，而且反应产率低，并且产生小的薄片。差的反应产率也是CVD合成的典型特征。该方法的优点包括大的面积可扩展性、均匀性和厚度控制。然而，所得材料的质量与机械剥离薄片的质量是不可比的，其中由此制备的薄片通常很小并且显示出差的长期稳定性。基于溶液的合成方法越来越受到关注，并且可能控制所得2D材料的尺寸、形状和均匀性。然而，需要进一步改进以提供可扩展的合成方法的最终组合，其产生具有所需的结晶相、可调的窄的尺寸和形状分布并且用挥发性配体封端的薄片。通过“自下而上”方法制备的2D量子点的胶体合成的文献报道很少。大多数是“自上而下”的基于剥离的方法-即其中剥离块状材料以提供2D材料的方法。用于形成2D薄片的基于溶液的方法是非常理想的，因为它们可以控制所得材料的尺寸、形状和均匀性，并且使配体能够施加到材料的表面以提供溶解性，并且因此提供溶液可加工性。如对于CVD生长的样品所观察到的，将有机配体应用到材料表面还可以通过充当对氧气和其他外来物质的屏障来限制降解。所得材料是自立式的(free-standing)，进一步促进了它们的可加工性。然而，迄今为止开发的基于溶液的方法并未提供可扩展的反应以生成具有所需结晶相、可调的窄的形状和尺寸分布以及挥发性封端配体的2D层状材料，这样的层状材料是理想的，因为它可以在器件处理期间容易地移除。MoS2的一个有前途的参考文献使用单源前体四硫钼酸铵((NH4)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备2D纳米粒子的方法，所述方法包括：形成金属‑胺配合物；将所述金属‑胺配合物与硫属元素源在至少一种溶剂中混合以形成溶液；将所述溶液加热至第一温度，持续第一时间段；以及随后将所述溶液加热至第二温度，持续第二时间段，所述第二温度高于所述第一温度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.02 US 62/453,780;2017.11.20 US 62/588,7741.一种制备2D纳米粒子的方法，所述方法包括：形成金属-胺配合物；将所述金属-胺配合物与硫属元素源在至少一种溶剂中混合以形成溶液；将所述溶液加热至第一温度，持续第一时间段；以及随后将所述溶液加热至第二温度，持续第二时间段，所述第二温度高于所述第一温度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述2D纳米粒子是过渡金属二硫属化物(TMDC)纳米粒子。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述2D纳米粒子是2D量子点(QD)。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述2D纳米粒子是2D纳米薄片。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属-胺配合物的所述胺是脂肪胺。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述脂肪胺是油胺。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述脂肪胺是十六胺(HDA)。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属-胺配合物的所述金属是过渡金属。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述过渡金属是有机-硫属元素化合物，所述有机-硫属元素化合物经由硫属元素-碳键的断裂提供硫属元素。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述有机-硫属元素化合物是烷基硫醇。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述烷基硫醇是1-十二烷硫醇(DDT)。12.根据权利要求9所述的方法，其中所述有机-硫属元素化合物是烷基硒醇。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属-胺配合物的所述金属是过渡金属。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属-胺配合物的所述金属是钼。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属-胺配合物的所述金属包括羰基金属盐。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述羰基金属盐是六羰基钼。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种溶剂是配位溶剂。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述配位溶剂是十六胺(HDA)。19.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种溶剂是非配位溶剂。20.一种制备2DMoS2纳米粒子的方法，所述方法包括：在密封容器中搅拌六羰基钼(Mo(CO)6)和脱气油胺的混合物以产生油胺/Mo(CO)6的悬浮液；将所述油胺/Mo(CO)6的悬浮液的至少一部分转移至含有脱气油胺的容器中以形成反应混合物；将所述反应混合物加热至约250℃；将第一部分的1-十二烷硫醇(DDT)加入所述反应混合物中；...
【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·丹尼尔斯，
申请(专利权)人：纳米二D材料有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB
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