二维材料插层改性方法研究进展

发布时间：2021-01-10 16:57

　　二维材料凭借其独特的电学、光学、磁学等性质引起了广泛关注,如何处理二维材料使其改性是目前的研究热点。插层方法是目前调控二维材料性质的主要方法之一。插层过程中,客体粒子插入主体材料的范德华层间,造成二维材料物理与化学性质的变化。气相、液相、固相插层均可以使二维材料的性质得到提升。本文主要介绍二维材料插层方法,分析其不同优势和限制条件,并展望如何综合应用插层方法更好地提升二维材料电学、光学等性能。 

【文章来源】：应用化学. 2020,37(08)北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

(a)Sn原子插入MoO3纳米带的过程示意图。 (b)MoO3纳米带的SEM图像。 (c)MoO3的HRTEM图像。 (d)Sn0.063MoO3纳米带的SEM图像。 (e)Sn0.063MoO3的HRTEM图像。 (f)扫描TEM图像和Mo、O、Sn元素映射[30]

通过设定合适的电势扫描范围,实时测量经过Pt参比电极的电流,可以得到电压-电流图,从图中可以推测出反应进行的各个步骤[35],得到插入/脱嵌的电压值。 原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)、X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy,TEM)测量插层前后的黑磷厚度,发现插层使层间距扩大超过115%[35]。 插层后,获得具有特定分子结构、层间距离、相组成、电子和光学性质的单层磷烯分子的稳定超晶格结构。 其应用于晶体管后,电输运的开/关电流比超过107,具有良好的电子迁移率和稳定性。电化学方法插层拥有其独有的优势,驱动力更强、更精确,可以采用光学显微镜、原位拉曼测试等多种方法对其反应过程进行观测,为二维材料在光电器件、电池等方面的应用提供更多可能。 电化学方法还可以为界面研究提供更多思路,探究界面处应力、动力学规律等[36]。 另一个方面,电化学插层也有其劣势。 电池、器件的组装相对比较复杂,且为了使回路导通,基底或插层材料必须导电,这也限制了电化学插层方法的应用范围。 主体材料、插层客体、电解质等的选择都会对电压平台造成影响,部分体系会形成固体电解质界面(Solid Electrolyte Interphase,SEI)[37-38],且电解质溶剂也可能会对插层过程造成影响甚至插入主体材料。 另外,当二维材料层间距因为插入客体分子或客体分子发生反应生成气体而急剧扩大之后,可能发生材料的剥落[39-40] 。

早在1841年,Schaufh?utl等[9]就成功合成了层状插层化合物。 在此之后,科学家们充分研究了插层过程中材料的结构、性质变化及插层的机理。 在二维石墨烯、过渡金属硫化物等二维材料被制备之后,插层方法很快就应用到其改性上。 根据插层过程所处的聚集态,插层方法可以分为气相插层、液相插层、固相插层3类,本文将简述各类插层方法及其优缺点。1 气相插层方法


本文编号：2969072