[发明专利]一种超薄TMD二维纳米片的制备方法

说明书

本发明提供了一种TMD纳米片的制备方法，包括以下步骤，首先在常温条件下，将TMD层状晶体、有机碱金属化合物和正己烷混合反应后，得到中间体；最后将上述步骤得到的中间体放入溶剂中进行剥离，得到TMD纳米片。本发明在常温条件下，采用有机碱金属化合物进行插层扩大了层间距；又充分利用了溶剂的表面张力来克服TMD材料的层间范德华力，保护了层内的键合作用力，从而得到了超大尺寸的超薄TMD纳米片。本发明提供的制备方法具有工艺简单、产率高、且能大批量生产的优点，完全克服了现有方法中制备成本昂贵和样品性质被干扰等缺陷。

技术领域

本发明涉及二维纳米材料剥离制备技术领域，涉及一种TMD二维纳米片的制备方法，尤其涉及一种超大尺寸超薄TMD二维纳米片的插层-液相剥离方法及其应用。

背景技术

近些年来，纳米材料得到了蓬勃发展，纳米级结构材料简称纳米材料，是指其结构单元的尺寸介于1～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。而纳米片则是一种典型的二维纳米材料。

自2004年英国曼彻斯特大学两位科学家成功剥离出石墨烯以来，石墨烯因其优异的电学、光学、力学和电化学特性而备受青睐。但本征的石墨烯不存在带隙，这严重限制了其在电子及光电子器件方面的应用，因此，过渡金属二硫属化物TMD(MoS₂、WSe₂、TiS₂、TaS₂等)纳米材料的研究应运而生。近年来发现，块材过渡金属二硫属化物变为二维纳米片结构时，由于二维限域作用，电子能带结构常常能发生一些奇异性转变，如间接带隙变为直接带隙，或带隙宽度的变化，表现出禁带宽度随材料的层数不同而不同，从而使TMDs的光(主要表现在光致/电致发光、吸收光谱、振动光谱、光伏效应等方面)、电(主要体现在半导体特性、动静态存储及超导等方面)等性能发生很大的变化，在某些领域甚至优于石墨烯，尤其是电子器件方面的应用。另外，其在晶体管、锂离子电池、传感器和光催化方面的应用前景也很广阔，被誉为半导体界的“石墨烯”。二维过渡金属二硫属化物(TMD或TMDCs)超薄大尺寸纳米片通过其独特的二维限域电子结构可实现在柔性电子器件、光电器件、信息存储技术和显示技术上的巨大应用潜力。

而且随着研究的深入，二维TMD(TMDCs)的性能进一步提高，将大大拓宽其应用领域与应用方式，这不仅将大大丰富我们的日常生活用品，还将对科学技术的发展起到重大的促进作用，产生显著的社会效益和经济效益。

目前为止，已报道的二维TMD纳米片的获得方法主要有机械剥离法、液相剥离法、电化学剥离法、化学气相沉积法和水热法等。而这些方法都有各自的不足，如，机械剥离转移困难，且产量低不适合大规模生产，电化学剥离往往会改变样品的电学性质，传统液相剥离需要利用大功率超声波处理而所得纳米片尺寸较小，化学气相沉积法需高温易爆危险条件且技术尚不成熟，产量低难以适应大规模生产，水热法引入缺陷较多，产物结晶性差。因而，二维TMD超薄纳米片的大尺寸可控合成一直是研究和应用中存在的瓶颈问题。

因此，如何得到一种更适宜的二维TMD纳米片剥离方法，解决以上客观缺陷，使其更适于实现大批量生产化，已成为业内诸多应用厂商和一线研究人员亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种TMD二维纳米片的制备方法，特别是一种超大尺寸超薄TMD二维纳米片的插层-液相剥离方法，本发明提供剥离制备方法，方法简单，条件温和，过程可控，有利于工业化实现，而且本发明制备的超大尺寸超薄TMD二维纳米片具有较好的单晶质量和应用性能。

本发明提供了一种TMD纳米片的制备方法，包括以下步骤：

A)在常温条件下，将TMD层状晶体、有机碱金属化合物和正己烷混合反应后，得到中间体；