化学气相沉积法控制合成低维过渡金属硫族化合物的研究中期报告

化学气相沉积法控制合成低维过渡金属硫族化合物的研究中期报告1.引言近年来，低维过渡金属硫族化合物以其优异的物理和化学性质，成为了一类备受研究者关注的材料。其中，二维过渡金属二硫化物(TMDs)、二维过渡金属氧化物(TMDOs)、一维过渡金属硫化物(TMCs)等低维化合物，具有独特的能带结构和特殊的光学、电学性质，因此被广泛应用于纳米电子学和光电领域。多种合成方法已经被开发出来，但是需要得到一种简单、高效、可控的方法来合成这一类材料。化学气相沉积法(CVD)是一种广泛应用的方法，已被用于低维纳米材料的制备，可以在低压下通过化学反应来控制基底上热解沉积的材料的形成。本文重点阐述了CVD合成低维过渡金属硫族化合物的研究进展，并介绍了我们实验室在此领域的研究进展。2.CVD合成低维过渡金属硫族化合物的研究进展在低维过渡金属硫族化合物的合成中，CVD方法具有很大的优势，因为可以通过化学反应来控制材料的形态和晶面方向，同时可以在不同的气氛下进行实验，从而控制材料的电学和光学性质。以下是我们总结的CVD合成低维过渡金属硫族化合物的最新研究进展：(1)二维过渡金属二硫化物(TMDs)目前，CVD方法被广泛应用于制备TMDs。例如，可以通过氢气还原硫化物和金属前驱物制备d-MoS2，也可以通过硫化氢气体和单金属前驱物(例如MoCl5)制备MoS2。除此之外，还可以采用有机气体、惰性气体等辅助气体，通过调节沉积的条件来控制TMDs的晶形、阶段和形态等物理和化学性质。(2)二维过渡金属氧化物(TMDOs)与TMDs相比，TMDOs的制备更为困难，这主要是因为其制备需要在高温和高氧气化条件下进行。而且，由于它们的氧化性和固相反应性，通常需要采用新的前驱体和反应场。目前，主要通过使用有机分子前驱体来合成TMDOs。例如，可采用二苯基胺(N,N-diphenylamine)前驱体和氮气气氛制备W18O49纳米线，还可以采用金属有机化合物(Nitracenyl-vinyl)氧化和纳米碳管碳气化法来制备SnO2纳米片。(3)一维过渡金属硫族化物(TMCs)在合成TMCs时，CVD方法显示出了极大的优势。例如，可采用有机金属前驱体和氢硫化气体制备NiS纳米线和IrS2薄膜。Nanowire中硫含量很高，表明了材料的稳定性和硫化作用的效果；IrS2薄膜中，硫源是硫脲，所以它具有更高的纯度和稳定性。3.实验室研究进展与以上研究进展不同的是，我们实验室提出了一种新的方法——气密负压反应器法(NSPR)，用于合成TMDs和TMDOs。该方法与传统CVD方法相比，具有以下优势：(1)可以在较低的温度下合成材料，从而减少了高温异相成核的可能性。(2)可以限制反应物的扩散，从而形成更为纯净的产品。(3)可以控制反应气氛，从而调节材料的形貌和结构。(4)可以通过NSPR合成大尺寸的TMDs和TMDOs。我们在实验中使用了MoCl5和H2S气氛来制备MoS2层状结构，并通过XRD、SEM、TEM和Raman光谱等手段来表征其结构和形态。结果表明，采用气密负压反应器法制备的MoS2具有较高的结晶度和较小的层间距离，与传统CVD方法相比，具有更好的性能。4.结论综上所述，CVD方法是一种有效的合成低维过渡金属硫族化合物的方法，其与物质沉积、结晶过程、信息处理、光电等领域密切相关。我们提出了一种新的方法——气密负压反应器法(NSPR)，可以用于合成TMDs和TMDO