过渡金属二硫族化合物 (TMDs) 是一类有着非凡性能和巨大潜力的二维材料. 作为最具代表性的TMDs, 二硫化钼 (MoS2) 和二硫化钨 (WS2) 已经被广泛研究. 其量子片的制备分为自下而上和自上而下两种方式. 自下而上制备方式往往需要苛刻的反应条件以及繁杂的后处理, 自上而下制备方式得到的量子片通常产率极低. 此外, 这两种制备方式都面临着如何避免缺陷产生从而获得本征量子片的挑战.
国家纳米科学中心张勇课题组与刘新风课题组及北京大学高鹏课题组合作, 发明了一种可大规模制备无缺陷的本征MoS2和WS2量子片的新技术. 通过对本体原材料依次进行盐辅助的球磨, 超声辅助的溶剂剥离等措施, 以25.5wt%和20.1wt%的极高产率分别制备出了无缺陷的本征MoS2和WS2量子片. 收集量子片粉末后, 通过再分散的方式进一步实现了量子片在多种溶剂中的高浓度 (20mg/mL) 分散. 在PMMA薄膜中负载0.1wt%的该量子片, 即可大幅提升其光学性质, 比负载纳米片的薄膜提高了近一个数量级. 该制备技术具有非常好的普适性, 为二维量子片大规模生产探索提供了思路.
相关研究成果以High-yield production of MoS2 and WS2 quantum sheets from their bulk materials为题发表在Nano Letters上, 制备方法已申请中国发明专利. 该研究得到了国家自然科学基金, 中科院百人计划, 国家纳米中心启动基金等的资助.
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MoS2和WS2量子片制备机理示意图