過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) 已經被廣泛研究. 其量子片的製備分為自下而上和自上而下兩種方式. 自下而上製備方式往往需要苛刻的反應條件以及繁雜的後處理, 自上而下製備方式得到的量子片通常產率極低. 此外, 這兩種製備方式都面臨著如何避免缺陷產生從而獲得本徵量子片的挑戰.
國家納米科學中心張勇課題組與劉新風課題組及北京大學高鵬課題組合作, 發明了一種可大規模製備無缺陷的本徵MoS2和WS2量子片的新技術. 通過對本體原材料依次進行鹽輔助的球磨, 超聲輔助的溶劑剝離等措施, 以25.5wt%和20.1wt%的極高產率分別製備出了無缺陷的本徵MoS2和WS2量子片. 收集量子片粉末後, 通過再分散的方式進一步實現了量子片在多種溶劑中的高濃度 (20mg/mL) 分散. 在PMMA薄膜中負載0.1wt%的該量子片, 即可大幅提升其光學性質, 比負載納米片的薄膜提高了近一個數量級. 該製備技術具有非常好的普適性, 為二維量子片大規模生產探索提供了思路.
相關研究成果以High-yield production of MoS2 and WS2 quantum sheets from their bulk materials為題發表在Nano Letters上, 製備方法已申請中國發明專利. 該研究得到了國家自然科學基金, 中科院百人計劃, 國家納米中心啟動基金等的資助.
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MoS2和WS2量子片製備機理示意圖