[发明专利]硫化铼的制备以及硫化镉/硫化铼复合材料

说明书

本发明公开了硫化铼的制备以及硫化镉/硫化铼复合材料。采用常压化学气相沉积法，以硫粉为硫源，以三氧化铼为铼源，在惰性气体保护下以及水辅助前提下，在云母片基底上生长二维单层二硫化铼；进一步，通过二次生长的方法，在长有二维单层二硫化铼的云母片基底上再次沉积硫化镉颗粒，得到在硫化铼表面生长有硫化镉颗粒的CdS/ReS₂复合材料。本发明工艺简单、成本低、快速、高效可控，制备得到高质量单层硫化铼，硫化镉沉积在二维材料硫化铼上得到的CdS/ReS₂复合材料更具有优异的光电性能，应用在光电器件上具有很高的响应率。

技术领域

本发明属于光学材料及其制备领域，具体涉及硫化铼的制备以及硫化镉/硫化铼(CdS/ReS₂)复合材料。

背景技术

近年来，二维过渡金属硫化物由于其独特的物理性能，如机械强度、灵活性、光敏性等，使其在未来电子、光电子、储能器件和催化等领域具有广泛的应用前景，迅速成为材料领域的研究热点。二维(2D)过渡金属硫化物(TMDS)的化学式是MX₂，M是指过渡金属元素(例如：钼、钨、铌、铼、钛)，X是指硫族元素(例如：硫、硒、碲)，例如二维半导体材料MoS₂、WS₂、WSe₂。通常，单层过渡金属硫化物呈现一种X-M-X的三明治结构，该结构层间的范德瓦尔斯力很弱，但是平面内有很坚固的共价键。因此，一般的二维过渡金属硫化物表现出来的特点是：单层过渡金属硫化物的能带结构为直接带隙，较厚的块状过渡金属硫化物(多层膜)的能带结构为间接带隙。

与一般的二维过渡金属硫化物不同的是，二硫化铼具有更加独特的晶格结构，密度泛函理论计算显示，单层的ReS₂为扭曲的1T相(三斜对称)，这种特殊的结构使该材料具有各向异性，并且会产生佩尔斯畸变，这一畸变将会阻止ReS₂的有序堆积，并将层间电子波函数的交叠最小化，从而导致层间退耦合。研究表明，从多层到单层，ReS₂始终保持直接带隙，带隙值变化非常小，并且拉曼光谱也不会随层数的改变有显著变化。ReS₂独特的结构赋予了其诸多非凡的性质，这些优异的性质使其在场效应晶体管(FET)、光电探测器和隧道场效应晶体管等领域均具有很好的应用前景。

目前，绝大部分研究工作均是采用微机械剥离法和液相化学剥离法来制备二维ReS₂薄膜。这些方法虽能够获得ReS₂薄膜，但获得的ReS₂薄膜尺寸小，且尺寸和厚度控制性差，无法实现未来大规模器件化应用。化学气相沉积(CVD)被认为是一种制备大面积高质量二维材料的有效技术，但由于ReS₂材料自身的特殊性，通过传统的CVD技术制备该材料还存在很多困难。现有文献中CVD制备二维ReS₂材料公开了以下两种方法：一个是以高铼酸胺(NH₄ReO₄)为Re源生长ReS₂，但该前驱体分解产生的副产物较多，导致所制备的ReS₂薄膜晶格质量非常差，电学迁移率极低；另一个是以Re粉和S粉为源生长ReS₂，但因Re粉的熔点极高(3180℃)，在一般的生长温度范围内(500～1000℃)Re的蒸汽压极低，导致该方法生长效率非常低，无法实现该材料的大面积制备。特别是，由于ReS₂材料弱的层间作用力，而以上方法所用的二氧化硅基底因表面原子扩散势垒较大，使得该材料在二氧化硅基底上极易生长厚层，很难获得层数均匀的样品。因此，大面积、高质量和层数均匀的ReS₂薄膜的可控制备仍然存在很大的挑战。

发明内容