氧化物单晶表面二维材料的可控制备与界面性质研究

发布时间：2021-09-01 01:39

　　复合材料的可控合成是开发新型材料与新功能的重要途径,而材料之间的界面控制往往是优化复合材料性能的关键。新型二维材料如石墨烯与二硫化钼等,在与氧化物半导体复合时,可通过界面电子作用有效提高后者的光催化活性。然而,在通过物理混合或水热合成等传统方法制备二维材料/氧化物复合材料的过程中,不可避免地在界面引入大量的夹层分子,对界面电子性质进而对复合材料的整体性能造成影响。化学气相沉积（CVD）技术采用严格可控的气氛及较高的工作温度,可以有效减少二维材料与氧化物界面处夹层分子的存在,从而优化复合体系的性质。因此,本论文通过采用CVD的方法在二氧化钛（TiP2）与氧化锌（ZnO）单晶及微晶的表面直接制备石墨烯及二硫化钼等二维材料,实现了清洁且均匀的二维材料/氧化物界面结构的构筑,并在此基础上系统研究了这些二维材料/氧化物复合体系的界面性质及其对材料性能的影响。主要研究结果如下:（1）以乙炔为气体前驱体,在原子级平整的金红石型TiO2（110）、（001）以及（100）单晶表面成功制备多晶化的石墨烯薄膜,在维持金红石型TiO2（r-Ti02）单晶表面的原子平台与台阶结构相对完整的同时,实现了石墨烯与... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：160 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１（ａ）石墨烯的蜂窝状结构

Ｋ?Ｈｙｄｒｏｘｙｌ?Ｇｒｏｕｐｓ??图１．２具有环氧基团（ａ），羟基（ｂ）以及环氧－羟基（ｃ）功能团共存的氧化石墨烯片。??（复制于参考文献［３３］）??（４）化学气相沉积法（ＣＶＤ）??ＣＶＤ技术是近年来制备大面积高质量单层石墨烯常用的一种方法，目前已??经投入工业生产制备石墨烯当中。２００９年，Ｒｕｏｆｆ课题组在铜箔表面利用低压??ＣＶＤ方法以甲烷作为碳源在高温１０００?°Ｃ制备出了单层石墨烯［？，之后掀起了??ＣＶＤ?法在金属（Ｎｉ［４６］，?Ｐｔ［４７］，Ｒｕ［４８］，?１１＂［４９】等）以及合金（Ｃｕ－ＮＰ］，犯－八１１［５１］等）表??面制备石墨烯的热潮，大量文献对金属表面生长石墨烯的机制进行了深入研宄，??具体可参见图１．３。金属表面生长的石墨烯可以转移至任意的基底，但无法避免??转移过程中对金属的刻蚀以及对样品的污染。然而大部分的电子器件是在Ｓｉ０２??等氧化物表面制备，因此人们开始尝试直接在氧化物表面制备石墨烯，幸运的是??采用非金属催化常压ＣＶＤ?（ＡＰＣＶＤ）的方法成功实现了石墨烯的生长

ＣＶＤ?法在金属（Ｎｉ［４６］，?Ｐｔ［４７］，Ｒｕ［４８］，?１１＂［４９】等）以及合金（Ｃｕ－ＮＰ］，犯－八１１［５１］等）表??面制备石墨烯的热潮，大量文献对金属表面生长石墨烯的机制进行了深入研宄，??具体可参见图１．３。金属表面生长的石墨烯可以转移至任意的基底，但无法避免??转移过程中对金属的刻蚀以及对样品的污染。然而大部分的电子器件是在Ｓｉ０２??等氧化物表面制备，因此人们开始尝试直接在氧化物表面制备石墨烯，幸运的是??采用非金属催化常压ＣＶＤ?（ＡＰＣＶＤ）的方法成功实现了石墨烯的生长，比如??Ｓｉ０２［５３］，?Ａｌ２〇３［５４］，ＭｇＯ［５５］，?ＳｒＴｉ〇３［５６］等等，见图１．４。该方法为我们后期论文??的研究提供了很好的参考。??？ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?？??，?？?？，丨＜），—ｕｏｎ?９?；?ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ??令?ｆ?ｖ，?＾?＇?ｃｕ??Ｊｉｔ?？‘?￣?．丨ｉ??＾?？?ｓｕｒｆａｃｅ??ｂｕｌｋ?ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ?＾?＾?ａｔｔａｃｈ??ｂｕｌｋ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ??图１．３石墨烯在金属表面的生长机制，以Ｎｉ和Ｃｕ为例。（复制于参考文献［５２］）??３??


本文编号：3376025