【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料制备领域，涉及一种纳米材料的催化制备方法，尤其涉及一种二维纳米材料的金属原子催化生长方法。
技术介绍
1、催化剂在工业上的应用对推动全球经济发展起来不可或缺的作用。超过90％的化学反应过程都需要使用催化剂，持续开发更有效、更便宜以及环保有效的绿色催化剂，才能确保社会的可持续发展。正如berzelius在1835年定义的那样，催化剂是一种能够加快化学反应速度而不被消耗的物质。
2、从广义上讲，存在两种类型的催化剂：均相催化剂以及非均相催化剂。高活性和高选择性是均相催化剂所具有的优点，但其从化学反应体系中分离出来却存在着诸多的困难和挑战，无法循环利用，成本较高，而且大多数催化剂热稳定性差，不利于工业化应用。因此工业催化剂中，约80％使用非均相催化剂。多相催化性反应是发生于催化剂表面的化学反应，对其表面异质性和结构非常敏感。例如，金属催化剂受其终止原子配位的影响，表面台阶位、空位、断层和孪晶边界都会影响它们的催化性能。
3、此外，金属颗粒的尺寸也是影响性能的重要因素，并有助于推动纳米颗粒作为催化剂的使用。然而，由于表面缺陷的存在，几乎不可能制造两个相同的纳米粒子。为了解决这个复杂问题，单原子催化剂(sacs)应运而生，科学家将单个原子用作催化剂，在这种情况下不再有任何表面异质性。除了提供高比活性外，单原子催化剂还降低了成本，这对于昂贵的贵金属如pt、pd、ru、rh和ir尤其重要，这些贵金属对石化工业、医药生产、环境保护和能源应用非常重要。
4、单原子催化剂几乎均是在载体材料上
5、单原子催化剂由于其优越的催化性能，是一个快速发展的领域，在工业催化中具有巨大的应用潜能。然而，尽管科学家对单原子催化方面的研究越来越多，但关于使用单原子催化生长晶体材料的研究依然很少。石墨烯、碳纳米管以及过渡金属硫化物以其独特的物理和化学性能，在电化学储能、半导体、柔性电子器件、光通信等领域拥有广泛的应用前景。因此，能够从实验上实现原子尺度上对石墨烯、碳纳米管或者过渡金属硫化物进行可控生长和精准加工是一个亟需解决的重要问题，可以推进此类材料在于半导体，电子器件，储能等领域的快速发展。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本申请提供一种二维纳米材料的金属原子催化生长方法，所述生长方法可以实现对于二维纳米材料在原子尺度上的控制，实现精准加工。
2、为达到上述技术效果，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种二维纳米材料的金属原子催化生长方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
4、(1)将待生长的二维纳米材料转移至微栅；
5、(2)采用热处理方法将所述金属原子掺杂于所述二维纳米材料；
6、(3)使用电子束辐照掺杂后的所述二维纳米材料进行生长。
7、本专利技术中，在金属原子催化碳米管、石墨烯或单层过渡金属硫化物过程中，其c原子，单层过渡金属硫化物中包含的元素均来自余电镜内部，其元素供给方式包含主动供给和被动供给两种。被动供给主要是由于透射电镜在长期的测试过程中，会引入一些碳氢化合物的污染物，本身就提供了供石墨烯和碳纳米管生长的碳源。在主动供给中，通入含有该类元素的物质，针对石墨烯或碳纳米管生长，可以通入少量烷烃类物质或碳纳米颗粒，让其在电子束作用下挥发出碳源。对于过渡金属硫化物，利用mos2，mote2，wse2，mo，w，se，te等纳米颗粒，在电子束的作用下，让其挥发出对应mo，s，w，se等对应元素留在电镜镜筒中，通过进一步放入需要生长的单层过渡金属硫化物二维材料样品，利用金属原子的催化作用对二维材料进行生长。
8、作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述二维纳米材料包括碳纳米管、石墨烯或单层过渡金属硫化物中的任意一种。
9、优选地，所述单层过渡金属硫化物包括mos2，mote2或wse2中的任意一种。
10、优选地，所述金属原子包括锡原子、铜原子、铬原子、铟原子、锰原子或钒原子中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：锡原子和铜原子的组合、锡原子和铬原子的组合、锡原子和铟原子的组合、锡原子和锰原子的组合、锡原子和钒原子的组合、铜原子和铬原子的组合、铜原子和铟原子的组合、铜原子和锰原子的组合、铜原子和钒原子的组合、铬原子和铟原子的组合、铬原子和锰原子的组合、铬原子和钒原子的组合、铟原子和锰原子的组合、铟原子和钒原子的组合或锰原子和钒原子的组合等。
11、本专利技术中，在石墨烯的生长中采用两种或以上的金属原子进行催化，在两种金属进行催化生长时，可以叠加其催化生长作用，可以更好的控制石墨烯，碳纳米管或过渡金属硫化物生长的方向以及速率。
12、作为本专利技术优选的技术方案，将所述碳纳米管或石墨烯转移至微栅的方法包括以下步骤：
13、(a)将含碳聚合物旋涂至含有碳纳米管或石墨烯的衬底表面，静置使所述含碳聚合物硬化，得到含碳聚合物层；
14、(b)对所述含碳聚合物层进行分割，并浸泡于腐蚀液中，待所述衬底溶解后，对所述碳纳米管或石墨烯进行清洗，转移至微栅上；
15、(c)使用有机溶剂的蒸汽去除所述碳纳米管或石墨烯表面残留的含碳聚合物。
16、作为本专利技术优选的技术方案，步骤(a)所述含碳聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯。
17、优选地，步骤(a)所述衬底包括铜衬底。
18、优选地，步骤(a)所述静置的时间为5～10min，如5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min或9.5min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19、优选地，步骤(b)所述腐蚀液包括过硫酸铵溶液。
20、优选地，步骤(b)所述腐蚀液的浓度为0.1～3m，如0.2m、0.5m、0.8m、1m、1.2m、1.5m、1.8m、2m、2.2m、2.5m或2.8m等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
21、优选地，步骤(b)浸泡于所述腐蚀液的时间为2～12h，如3h、4h、5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维纳米材料的金属原子催化生长方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，步骤(1)所述二维纳米材料包括碳纳米管、石墨烯或单层过渡金属硫化物中的任意一种；
3.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，将所述碳纳米管或石墨烯转移至微栅的方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述生长方法，其特征在于，步骤(A)所述含碳聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯；
5.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，将所述单层过渡金属硫化物转移至微栅的方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述生长方法，其特征在于，步骤(a)所述含碳聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯；
7.根据权利要求1-6任一项所述的生长方法，其特征在于，步骤(2)所述热处理方法包括：将所述微栅以及金属源置于管式容器中的两个不同位置，进行加热处理。
8.根据权利要求7所述的生长方法，其特征在于，所述金属源包括乙酰丙酮锡、二苯基氧化锡、乙酰丙酮铬、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮铟、乙酰丙酮锰或乙酰丙酮钒中的任意一种或至
9.根据权利要求7或8所述的生长方法，其特征在于，所述微栅以及金属源在所述管式容器中的距离为10～50mm；
10.根据权利要求1-9任一项所述的生长方法，其特征在于，所述电子束包括平行电子束或汇聚电子束；
...【技术特征摘要】
1.一种二维纳米材料的金属原子催化生长方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，步骤(1)所述二维纳米材料包括碳纳米管、石墨烯或单层过渡金属硫化物中的任意一种；
3.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，将所述碳纳米管或石墨烯转移至微栅的方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述生长方法，其特征在于，步骤(a)所述含碳聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯；
5.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，将所述单层过渡金属硫化物转移至微栅的方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述生长方法，其特征在于，步骤(a)...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓琴，马克，顾泓，肖安康，朱鹏，杨赢，方运，刘明海，
申请(专利权)人：材料科学姑苏实验室，
类型：发明
国别省市：
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