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 【成果簡(jiǎn)介】

國(guó)家納米科學(xué)中心張勇課題組與劉新風(fēng)課題組及北京大學(xué)高鵬課題組合作，發(fā)明了一種可大規(guī)模制備無(wú)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(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院百人計(jì)劃、國(guó)家納米中心啟動(dòng)基金等的資助。   　　  　　  　

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 MoS2和WS2量子片制備機(jī)理示意圖 

圖2 MoS2 QSs的結(jié)構(gòu)闡明

 a）HRTEM圖像和b）單個(gè)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?jī)?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(lái)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(guò)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(guò)對(duì)本體原材料依次進(jìn)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(wú)缺陷的本征MoS₂和WS₂量子片。收集量子片粉末后，通過(guò)再分散的方式進(jìn)一步實(shí)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(fù)載0.1 wt%的該量子片，即可大幅提升其光學(xué)性質(zhì)，比負(fù)載納米片的薄膜提高了近一個(gè)數(shù)量級(jí)。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。