原子級厚MoS2的剝離方式獲突破

據悉,武漢理工大學麥立強教授團隊的原子級厚二硫化鉬(MoS2)的剝離方式獲突破,具體是用電化學剝離方法將MoS2塊剝離成原子級厚MoS2,進而使其在納米流體、受限電催化、量子器件、感測器等方面具有廣闊的應用前景。

當前,原子級厚的過渡金屬二氯代物(TMDs)的生產方法主要有“自上而下”的剝離方法和“自下而上”的化學氣相生長。但是這兩種方法均存在一定的不足,主要表現在大規模的生產時間要特別長以及生產條件較為苛刻需要高溫,並且還會引入大量的晶體學缺陷。因此,原子級薄膜TMDs生產快速、簡單、高效率和高產量的製備方法仍然是一個重要的問題。

原子級厚MoS2的剝離方式獲突破圖片

針對上述的不足,麥立強教授課題組提出了一種電化學剝離方法,其能直接將較大品質的2D TMDs塊轉變為原子級薄度的2D TMDs,且具有剝離速度超快、原子級均勻薄層和高保留率(30-40%)的特點。與二硫化鉬塊(347毫伏)相比,原子級厚MoS2作為析氫反應(HER)的電催化劑更有效,且顯示出更低的過電位(127毫伏)。

此外,使用10–8M若丹明6G(R6G)作為目標分析物,剝離二氧化矽被證明能顯著提高使用表面增強拉曼光譜(SERS)的靈敏度增強因數(1.15×105)。研究還表明,均勻的雙層/三層二氧化矽層最終被保留並形成堆疊結構。這種電化學剝離方法能在短時間內產生原子級的二氧化矽薄膜,形成的均勻層疊的幾層2D薄膜顯示出巨大的應用潛力。

為了研究單個TMD片的動態結構演變,研究人員基於單個二硫化鉬片製作了片上電化學器件。結果發現,當在較高電位區域(0.2–1.4Vvs SCE)進行迴圈伏安測試時,會捕捉到明顯的氧化還原轉變。在獲得這一電化學信號後,比較了等速測試前後二硫化鉬的光學圖像(圖2a,c),發現CV測試後的MoS2邊緣顯示出從黃色到綠色的顏色變化(圖2c)。圖2b顯示了初始二氧化矽的ΔV分佈的情況。對於電化學處理後的MoS2,變色區域的Δν降低至≈22.5cm-1(圖2d)。

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