2018年3月7日,北京大學工學院材料系張艷鋒課題組在期刊Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-018-03388-5)在線發表題為“Batch production of 6-inch uniform monolayer molybdenum disulfide catalyzed by sodium in glass”的研究論文,報道了他們在大尺寸均勻單層MoS2材料的可控制備和生長機理研究方面的最新進展。
單層半導體性過渡族金屬硫屬化合物(MX2: MoS2, WS2等)是繼石墨烯之后備受關注的二維層狀材料。該類材料具有優異的電學性質、強的光物相互作用、高效的催化特性等,在光電子學器件、傳感器件、電催化產氫等領域具有非常廣闊的應用前景。單層MX2材料的批量制備和高品質轉移是關鍵的科學問題。現有方法仍面臨著諸多重大挑戰,例如,難以實現晶圓尺寸的層數均勻性、單晶疇區小、生長速度緩慢、生長襯底價格昂貴、轉移過程復雜、容易引入污染物等。
北京大學張艷鋒課題組是國內較早開展相關研究的課題組之一,在單層MX2材料的可控制備、精密表征和電催化產氫應用方面取得了一系列重要進展:基于范德華外延的機理,他們在晶格匹配的云母基底上首次獲得了厘米尺度均勻的單層MoS2【Nano Lett. 13, 3870 (2013),他引198次】;在藍寶石上獲得了大疇區單層WS2【ACS Nano 7, 8963 (2013), 他引250次】;發展了一種新型的金屬性箔材(Au箔)基底,實現了疇區尺寸可調單層MoS2的制備,借助STM/STS表征技術建立起了材料原子尺度的形貌/缺陷態、電子結構和電催化析氫之間的構效關系【ACS Nano 8, 10196 (2014),他引124次】。上述成果也受邀撰寫綜述文章【Chem. Soc. Rev. 44, 2587 (2015),他引92次】。
最近他們在大尺寸均勻MoS2的批量制備以及“綠色”轉移方面取得重要進展。他們選用廉價易得的普通玻璃作為基底,創新性地采用Mo箔作為金屬源(與S粉共同作為前驅體),采用“face-to-face”的金屬前驅體供給方式,實現了前驅體在樣品上下游的均勻供應,使得樣品尺寸可以得到最大限度的放大(僅受限于爐體尺寸),獲得了對角線長度可達6英寸的均勻單層MoS2;結合DFT理論計算和系統的實驗結果發現,玻璃基底上微量的Na對材料生長起到明顯的促進作用, Na傾向于吸附在MoS2疇區的邊緣,起到顯著降低MoS2拼接生長能壘的作用,從而促進其快速生長。獲取滿覆蓋單層樣品的生長時間僅為8min,單晶疇區邊緣尺寸可達0.5mm。此外,他們利用玻璃基底的親水特性,發展了一種無刻蝕的、僅利用超純水輔助的“綠色”轉移方法。該方法適用于晶圓尺寸樣品的快速轉移,且具有操作簡單、轉移樣品質量高等明顯優勢。該工作提出了利用廉價的普通玻璃基底來制備大面積、晶圓尺寸均勻、大疇區單層MoS2的新方法/新途徑,并深入分析了其生長機制,為相關二維材料的批量制備和高效轉移提供了重要的實驗依據,對于推動該類材料的實際應用具有非常重要的意義。
6英寸普通玻璃上化學氣相沉積法制備的均勻單層MoS2
文章通訊作者是北京大學工學院張艷鋒研究員,第一作者是二年級博士生楊鵬飛。該工作也得到了北京大學信息科學技術學院陳清教授、工學院張青研究員、物理學院高鵬研究員,以及化學與分子工程學院劉忠范院士的大力支持。理論部分的合作者是清華大學清華伯克利深圳學院鄒小龍教授。該研究得到了國家自然科學基金委和科技部國家重點研發計劃納米科技專項等項目的資助。
鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)由一個固體鈣鈦礦吸收體夾在幾層不同的電荷選擇材料之間,確保設備的單向電流流動和高壓輸出在p型/intrinsic/n型(p-i-n)PSCs(也稱為倒置PSCs)中,電子選......
我國的臨床資源十分豐富,但原創醫學科研成果質量和規模與臨床資源卻不相匹配。如何進一步提升臨床研究質量?“加強臨床醫學學科頂層設計應有效統籌醫教研等不同層面的資源和力量。”在2023年12月27日舉行的......
我國的臨床資源十分豐富,但原創醫學科研成果質量和規模與臨床資源卻不相匹配。如何進一步提升臨床研究質量?“加強臨床醫學學科頂層設計應有效統籌醫教研等不同層......
近日,北京大學現代農業研究院2023年科研設備采購(9)中標公布,本次項目采購一臺超高分辨液相色譜質譜聯用儀,中標產品是賽默飛OrbitrapAstral,單價,中標價格1447.85萬元。北京大學現......
自北京大學人民醫院風濕免疫科專家到北京大學人民醫院青島醫院(青島婦兒醫院城陽院區)常態化開展工作以來,不少風濕免疫疑難重癥患者得到有效診治。如今風濕免疫科專科實驗室落地北京大學人民醫院青島醫院,對于加......
2023年11月13日,2023年洛伊夫概率獎(2023LinéandMichelLoèveInternationalPrizeinProbability)頒獎儀式在美國加州大學伯克利分校舉行。北京大......
最新信息顯示,在2023年度國家自然科學基金項目評審中,上海交通大學、北京大學、中國科學技術大學、中山大學、山東大學、中南大學、南方醫科大學、南方科技大學等多所高校獲超億元經費資助。8月28日,上海交......
調控基因組元件的高階三維(3D)組織為基因調控提供了拓撲基礎,但尚不清楚哺乳動物基因組中的多個調控元件如何在單個細胞內相互作用。2023年8月28日,北京大學湯富酬團隊在NatureMethods(I......
北京大學城市與環境學院發布訃告,中國民主同盟盟員、北京大學城市與環境學院于希賢教授,因病醫治無效,于2023年8月25日晚在北京逝世,享年83歲。公開資料顯示,于希賢1940年6月5日出生于云南省昆明......
據北大新聞網,8月24日,國家自然科學基金委員會(以下簡稱基金委)公布了2023年度自然科學基金集中接收申請項目評審結果,其中資助面上項目20321項、重點項目751項、重點國際(地區)合作研究項目7......