一种以缺陷为模板修饰单层二硒化钼的方法技术

本发明专利技术涉及一种以线缺陷为模板通过Pt纳米团簇选择性图案化修饰二硒化钼的方法，将高定向热解石墨衬底进行除杂，将石墨衬底放入超高真空的分子束外延系统中，将衬底保持合适生长二硒化钼的温度，使用电子束蒸发源和克努森扩散炉分别将Mo和Se沉积到衬底上，控制好沉积束流比与沉积时间，进行二硒化钼单层生长。生长后保温除去未反应的原料并提高结晶质量。将样品冷却至室温附近后，使用电子束蒸发源对Pt进行沉积，控制好沉积时间。本方法成功制备了高线缺陷密度的二硒化钼单层晶体并通过电子束蒸发沉积Pt的方式实现了以二硒化钼本征线缺陷为模板的Pt纳米团簇选择性图案化修饰。缺陷为模板的Pt纳米团簇选择性图案化修饰。缺陷为模板的Pt纳米团簇选择性图案化修饰。

【技术实现步骤摘要】
一种以缺陷为模板修饰单层二硒化钼的方法


[0001]本专利技术属于二维材料制备领域，具体而言涉及使用分子束外延(MBE)技术制备单层二硒化钼以及借助二硒化钼特有本征线缺陷进行模板化的纳米颗粒沉积修饰方法。

技术介绍

[0002]二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides，TMDCs)是一种近年来被广泛关注的类石墨烯二维层状材料，其具有块体材料所不具备的各种特殊性能，与石墨烯相类似的层状六角蜂窝状结构以及石墨烯所不具备的本征带隙使得其在光电器件，超级电容器等方面有着更广阔的应用前景。本专利技术中经所关注的分子束外延(MBE)法可以实现二硒化钼的精确可控制备。且得到的二硒化钼具有独特的、有规律的、高密度线缺陷(mirror twin boundaries，MTBs)，这种线缺陷具有较为良好的金属性，并在材料中引入了相对复杂的缺陷态，同时还具备典型的电荷密度波(CDW)特性，大大扩展了二硒化钼在催化等领域的应用可能。
[0003]飞速发展的现代技术与应用需要优异性能的高质量材料，在没经过人为修饰的单一材料中很难得到。所以对本身性能突出的材料进行功能化改性是目前研究的一个方向。具有高密度线缺陷的二硒化钼，由于该缺陷具备的一系列特殊性质以及一定的排列规律性，若是针对这种规律性缺陷进行修饰可能会引入一些新奇的物理性质。
[0004]根据二硒化钼在催化方面的应用前景，我们把目光放在了目前催化性能很好的贵金属铂(Pt)上面，尝试以Pt为例研究二硒化钼的线缺陷的修饰方法。本专利技术提出了一种以材料本征线缺陷为模板通过Pt单原子或纳米团簇进行选择性图案化修饰二硒化钼的一种思路。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种二硒化钼的表面功能化方法，以达到对二硒化钼进行一种以缺陷为模板的Pt单原子或纳米团簇进行选择性图案化修饰。
[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术使用的技术方案是：一种以线缺陷为模板通过Pt纳米团簇选择性图案化修饰二硒化钼的方法。
[0007]步骤一，衬底的准备：将高定向热解石墨(HOPG)表面进行处理，获得干净平整的石墨表面。
[0008]步骤二，蒸发源与原料的准备：分别选用不同的对应蒸发源对高纯度的Se颗粒、Mo棒、Pt棒进行蒸发。
[0009]步骤三，采用分子束外延系统制备具有高密度线缺陷的单层二硒化钼：采用机械泵，分子泵，离子泵多级真空系统构造分子束外延所需要的高真空环境；将HOPG衬底安装到样品架上并送入分子束外延的超高真空系统中，HOPG衬底通过直流加热钨丝产生的热辐射加热到合适的反应温度；调整衬底位置，将其置于多个蒸发源产生的分子束流中心位置，在水冷循环系统的控温下，分别将Se源与Mo源加热到适宜温度，并提前打开Se源挡板，构建适
宜样品生长的富Se环境，当富Se环境构建完成后，打开Mo源挡板阀开始生长单层二硒化钼。在生长结束后，关闭Se、Mo蒸发源挡板，并将衬底温度控制在生长温度或生长温度以上进行保温退火，以除去表面残留的原料并提高样品的结晶质量。
[0010]步骤四，二硒化钼生长完成后，将样品控制到适合Pt沉积的温度，在水冷循环系统的温度控制下将蒸发源中的高纯Pt棒加热到适宜温度，调整样品位置使其正对Pt分子束流中心，控制好挡板阀开启时间，进行Pt颗粒的沉积。
[0011]进一步地，步骤一中，使用专用胶带将HOPG表面机械剥离出镜面原子级平整的表面。
[0012]进一步地，步骤一中，将HOPG衬底置于真空度高于1
×
10
‑7Torr的高真空中400
‑
500℃加热2小时以除去表面吸附的各种杂质。
[0013]进一步地，步骤二中，Se颗粒使用克努森扩散炉(k
‑
cell)进行加热蒸发，Mo棒，Pt棒使用电子束蒸发源进行加热蒸发。
[0014]进一步地，步骤三中，样品生长应在高于2
×
10
‑9Torr真空下进行。
[0015]进一步地，步骤三中，Se源加热至125～130℃的温度范围，Mo源束流通量flux控制在5～6nA。控制Mo与Se的束流比在1∶20～1∶25范围内。
[0016]进一步地，步骤三中，通过直流热辐射加热将衬底衬底温度控制为350～400℃范围内。
[0017]进一步地，步骤三中，生长结束后退火温度控制在400～450℃范围内，保温时间为30～35min。
[0018]进一步地，步骤四中，沉积Pt时的衬底温度控制在25～50℃范围内。
[0019]进一步地，步骤四中，Pt源的束流通量flux控制在0.5～1.0nA范围内。
[0020]本专利技术利用分子束外延技术制备的具有高密度线缺陷的二硒化钼，选择使用高压电子束加热方式可控的蒸发Pt至单层样品表面，对二硒化钼进行一种以缺陷为模板的Pt纳米团簇选择性图案化修饰。成功地实现了使用Pt纳米颗粒对单层二硒化钼表面的修饰以及Pt纳米颗粒可调密度的选择性分布，为二硒化钼表面的修饰提供了一种新的思路。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例1制备的Pt修饰的2H相高缺陷密度二硒化钼二维晶体的MBE反应原理图；
[0022]图2是本专利技术实施例1制备的2H相高缺陷密度二硒化钼二维晶体的反射式高能电子衍射(RHEED)图谱；
[0023]图3是本专利技术实施例1制备的Pt修饰的2H相高缺陷密度二硒化钼二维晶体的X射线光电子能谱(XPS)；
[0024]图4是本专利技术实施例1制备的2H相高缺陷密度二硒化钼二维晶体的STM表面形貌与原子分辨的缺陷形貌图像；
[0025]图5是本专利技术实施例1制备的2H相二硒化钼二维晶体的STS谱图；
[0026]图6是本专利技术实施例1制备的2H相高缺陷密度二硒化钼二维晶体的缺陷处STS谱图；
[0027]图7是本专利技术实施例1制备的2H相高缺陷密度二硒化钼二维晶体的经Pt修饰后的
STM缺陷形貌图像；
[0028]图8是本专利技术实施例1制备的2H相高缺陷密度二硒化钼二维晶体的经Pt修饰后的吸附处STS谱图；
具体实施方式
[0029]下面通过一些实施例对本专利技术要求保护的技术方案作进一步说明。但是，实施例用于解释本专利技术实施方案，并不超出本专利技术主题的范围，本专利技术保护范围不受所述实施例的限定。除非另作特殊说明，本专利技术中所用材料、试剂均可从本领域商业化产品中获得。
[0030]实施例1
[0031](1)衬底准备：衬底采用B级高定向热解石墨(HOPG)，将石墨切割成4mm
×
4mm大小，并使用Scotch胶带将石墨表面剥离至原子级平整，安装在STM样品架上。
[0032]除气：将石墨传入真空度优于1
×
10
‑7Torr的真空腔中，采用直流加热W丝的方式对衬底进行热辐射加热至500℃，加热时间2h除去HOPG表面杂质吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以线缺陷为模板通过Pt单原子或纳米团簇选择性图案化修饰二硒化钼的方法其特征在于，包括以下步骤。步骤一，衬底的准备：将高定向热解石墨(HOPG)表面进行处理，获得干净平整的石墨表面。步骤二，蒸发源与原料的准备：分别选用不同的对应蒸发源对高纯度的Se颗粒、Mo棒、Pt棒进行蒸发。步骤三，采用分子束外延系统制备具有高密度线缺陷的单层二硒化钼：采用机械泵，分子泵，离子泵多级真空系统构造分子数外延所需要的高真空环境；将HOPG衬底安装到样品架上并送入分子数外延的超高真空系统中，HOPG衬底采用直流加热钨丝的方式进行热辐射加热到合适的反应温度；调整衬底位置，将其置于多个蒸发源产生的分子束流中心位置，在水冷循环系统的控温下，分别将Se源与Mo源加热到适宜温度，并提前打开Se源挡板，构建适宜样品生长的富Se环境，当富Se环境构建完成后，打开Mo源挡板阀开始生长单层二硒化钼。在生长结束后，关闭Se、Mo蒸发源挡板，并将衬底温度控制在生长温度或生长温度以上进行保温退火，以除去表面残留的原料并提高样品的结晶质量。步骤四，二硒化钼生长完成后，将样品控制到适合Pt沉积的温度，在水冷循环系统的温度控制下将蒸发源中的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红军，陈浒，张伟力，景芳丽，胡章贵，吴以成，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：