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 【成果簡介】

國家納米科學中心張勇課題組與劉新風課題組及北京大學高鵬課題組合作，發(fā)明了一種可大規(guī)模制備無缺陷的本征MoS₂和WS₂量子片的新技術(shù)。相關(guān)研究成果以“High-yield production of MoS₂ and WS₂ quantum sheets from their bulk materials”為題發(fā)表在Nano Letters上，制備方法已申請中國發(fā)明專利。該研究得到了國家自然科學基金、中科院百人計劃、國家納米中心啟動基金等的資助。   　　  　　  　

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 MoS2和WS2量子片制備機理示意圖 

圖2 MoS2 QSs的結(jié)構(gòu)闡明

 a）HRTEM圖像和b）單個MoS₂ QS相應(yīng)的FFT模式；c）UV-Vis吸收光譜；d）拉曼光譜；e）全掃描和f）部分掃描XPS譜。

【研究內(nèi)容】

作為二維材料體系和量子體系不斷發(fā)展和交叉的產(chǎn)物，量子片近年來引起了廣泛關(guān)注。由于其橫向尺寸一般小于20納米，因此量子片不僅具有二維材料的本征特性，還具有量子限域和突出的邊緣效應(yīng)。過渡金屬二硫族化合物（TMDs）是一類有著非凡性能和巨大潛力的二維材料。作為最具代表性的TMDs，二硫化鉬（MoS₂）和二硫化鎢（WS₂）已經(jīng)被廣泛研究。其量子片的制備分為自下而上和自上而下兩種方式。自下而上制備方式往往需要苛刻的反應(yīng)條件以及繁雜的后處理，自上而下制備方式得到的量子片通常產(chǎn)率極低。此外，這兩種制備方式都面臨著如何避免缺陷產(chǎn)生從而獲得本征量子片的挑戰(zhàn)。研究人員通過對本體原材料依次進行鹽輔助的球磨、超聲輔助的溶劑剝離等措施，以25.5 wt%和20.1 wt%的極高產(chǎn)率分別制備出了無缺陷的本征MoS₂和WS₂量子片。收集量子片粉末后，通過再分散的方式進一步實現(xiàn)了量子片在多種溶劑中的高濃度（20 mg/mL）分散。在PMMA薄膜中負載0.1 wt%的該量子片，即可大幅提升其光學性質(zhì)，比負載納米片的薄膜提高了近一個數(shù)量級。該制備技術(shù)具有非常好的普適性，為二維量子片大規(guī)模生產(chǎn)探索提供了思路。