二維材料憑借其獨特的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)引起了廣泛關(guān)注,如何處理二維材料使其改性是目前的研究熱點。插層方法是目前調(diào)控二維材料性質(zhì)的主要方法之一。插層過程中,客體粒子插入主體材料的范德華層間,造成二維材料物理與化學(xué)性質(zhì)的變化。氣相、液相、固相插層均可以使二維材料的性質(zhì)得到提升。本文主要介紹二維材料插層方法,分析其不同優(yōu)勢和限制條件,并展望如何綜合應(yīng)用插層方法更好地提升二維材料電學(xué)、光學(xué)等性能。 

【文章來源】：應(yīng)用化學(xué). 2020,37(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

(a)Sn原子插入MoO3納米帶的過程示意圖。 (b)MoO3納米帶的SEM圖像。 (c)MoO3的HRTEM圖像。 (d)Sn0.063MoO3納米帶的SEM圖像。 (e)Sn0.063MoO3的HRTEM圖像。 (f)掃描TEM圖像和Mo、O、Sn元素映射[30]

通過設(shè)定合適的電勢掃描范圍,實時測量經(jīng)過Pt參比電極的電流,可以得到電壓-電流圖,從圖中可以推測出反應(yīng)進(jìn)行的各個步驟[35],得到插入/脫嵌的電壓值。 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)、X射線衍射(X-ray Diffraction,XRD)、透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy,TEM)測量插層前后的黑磷厚度,發(fā)現(xiàn)插層使層間距擴(kuò)大超過115%[35]。 插層后,獲得具有特定分子結(jié)構(gòu)、層間距離、相組成、電子和光學(xué)性質(zhì)的單層磷烯分子的穩(wěn)定超晶格結(jié)構(gòu)。 其應(yīng)用于晶體管后,電輸運的開/關(guān)電流比超過107,具有良好的電子遷移率和穩(wěn)定性。電化學(xué)方法插層擁有其獨有的優(yōu)勢,驅(qū)動力更強、更精確,可以采用光學(xué)顯微鏡、原位拉曼測試等多種方法對其反應(yīng)過程進(jìn)行觀測,為二維材料在光電器件、電池等方面的應(yīng)用提供更多可能。 電化學(xué)方法還可以為界面研究提供更多思路,探究界面處應(yīng)力、動力學(xué)規(guī)律等[36]。 另一個方面,電化學(xué)插層也有其劣勢。 電池、器件的組裝相對比較復(fù)雜,且為了使回路導(dǎo)通,基底或插層材料必須導(dǎo)電,這也限制了電化學(xué)插層方法的應(yīng)用范圍。 主體材料、插層客體、電解質(zhì)等的選擇都會對電壓平臺造成影響,部分體系會形成固體電解質(zhì)界面(Solid Electrolyte Interphase,SEI)[37-38],且電解質(zhì)溶劑也可能會對插層過程造成影響甚至插入主體材料。 另外,當(dāng)二維材料層間距因為插入客體分子或客體分子發(fā)生反應(yīng)生成氣體而急劇擴(kuò)大之后,可能發(fā)生材料的剝落[39-40] 。

早在1841年,Schaufh?utl等[9]就成功合成了層狀插層化合物。 在此之后,科學(xué)家們充分研究了插層過程中材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)變化及插層的機理。 在二維石墨烯、過渡金屬硫化物等二維材料被制備之后,插層方法很快就應(yīng)用到其改性上。 根據(jù)插層過程所處的聚集態(tài),插層方法可以分為氣相插層、液相插層、固相插層3類,本文將簡述各類插層方法及其優(yōu)缺點。1 氣相插層方法


本文編號：2969072