一种类石墨烯材料的制备方法

1.本发明涉及一种类石墨烯材料的制备方法，属于材料制备技术领域。


背景技术：

2.石墨烯是一种具有优异的物理化学性质的二维材料，在电子器件、太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。受石墨烯的启发，研究者们开始探索具有与石墨烯相类似的六角蜂窝结构的二维拓扑材料。由于其独特的狄拉克能带结构所带来的优良的电子性质，包括高载流子迁移率等，类石墨烯材料已经受到了广泛的关注。
3.超高真空扫描隧道显微镜作为原子级精度的结构表征技术，具有直观、实时、原位表征等优点，为类石墨烯材料的开发与研究提供了强大的技术支持。通过扫描隧道显微镜操纵技术，以移动原子或分子的方式获得具有相似结构和相同电子性质的类石墨烯材料。目前，该技术已经实现了一氧化碳在铜表面的分子石墨烯的制备。然而，该操纵技术十分复杂，难以得到更稳定更大范围的类石墨烯材料，限制了类石墨烯材料在实际生产应用方面的发展。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种类石墨烯材料的制备方法。
5.为解决上述技术问题，本发明的类石墨烯材料的制备方法，高温沉积的前体分子通过脱卤反应将氯原子引入铜表面得到类石墨烯结构，包括以下步骤：1）将cu基底加热至520 k；2）将前体分子沉积到步骤1）的cu基底，通过脱卤反应，以自组装得到六角蜂窝的高覆盖率的氯基石墨烯；3）通过扫描隧道显微镜对步骤2）得到的cu基底进行观测，前体分子在高温cu(111)表面发生脱卤反应后发生脱附，反应中c-cl键发生断裂，得到的cl原子吸附在cu(111)表面。
6.进一步的，所述前体分子包含三个间位cl原子，例如2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪分子（tct分子）。
7.进一步的，将前体分子沉积到520 k高温的cu基底，沉积过程中cu基底的温度保持在520 k，沉积时间为10分钟。
8.进一步的，反应结束后，迅速将样品传入扫描台并冷却至液氮温度，通过扫描隧道显微镜对步骤2）得到的cu基底进行观测。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）经过本发明可以使得前体分子在cu(111)表面充分进行脱卤反应并脱附，cl原子仍然吸附在cu(111)表面并自组装形成六角蜂窝的高覆盖率的单层氯基石墨烯。
10.（2）相对于扫描隧道显微镜操纵技术，该制备工艺简单可控。
11.（3）原料在表面上反应率高，减少了反应物的浪费。
附图说明
12.图1是本发明使用的tct分子结构示意图和球棍模型图。
13.图2是本发明实施例1前体分子室温沉积（300k）到cu基底的stm扫描图像。
14.图3是本发明实施例2通过ebh-150电子束加热装置将cu基底加热到450 k温度后沉积前体分子，沉积10分钟后迅速将样品传入扫描台并冷却至液氮温度的stm扫描图像。
15.图4是本发明实施例3通过ebh-150电子束加热装置将cu基底加热到520 k温度后沉积前体分子，沉积10分钟后迅速将样品传入扫描台并冷却至液氮温度的stm扫描图像。
具体实施方式
16.下面结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述。
17.tct分子（结构如图1）耦合后的分子层在cu(111)表面脱附温度低于cl原子，从而实现cl原子的高温吸附，本发明的前体分子高温沉积方法实现了在高温条件下引入cl原子，有效地降低了温度对cl原子在表面扩散的限制，影响吸附层转化的动力学，从而得到了氯基石墨烯的新结构，并进一步利用脱卤反应以及耦合后的分子层与氯原子的脱附温度差异，制备了高覆盖率的单层氯基石墨烯。
18.实施例1采用分子束外延系统（德国specs公司生产），室温下，将tct分子沉积到cu(111)表面，沉积10分钟，将样品传入扫描台并冷却至液氮温度，利用扫描隧道显微镜（stm）和dft计算进行观测与分析。通过扫描隧道显微镜（stm）观察到室温下前体分子没有发生脱卤反应，c-cl键没有发生断裂，tct分子结构完好并形成了有序的自组装结构，如图2所示。
19.实施例2采用分子束外延系统，将cu(111)表面加热至450 k，将tct分子沉积到450 k的cu(111)表面，10分钟后迅速将样品传入扫描台并冷却至液氮温度，利用扫描隧道显微镜（stm）和dft计算进行观测与分析。具体包括如下步骤：步骤1：打开该系统的电子束加热装置，以300ma的增幅将灯丝电流从0 a加至1.8 a，把高压按钮打开，数值调为1 kv，继续增大灯丝电流，使发射电流达到1 ma，然后发射电子电流以300 ma为增值将发射电子电流从1 ma升至5 ma，数分钟内cu(111)表面从室温加热到450 k。
20.步骤2：将tct分子沉积到450 k的cu(111)表面，沉积10分钟后将样品传入扫描台并冷却至液氮温度，通过扫描隧道显微镜观察到前体分子在表面发生脱卤反应，耦合后的分子和氯原子在cu(111)表面共存，如图3a所示。表面吸附的氯原子为密排结构，如图3b所示。
21.实施例3采用分子束外延系统，将cu(111)表面加热至520 k，将tct分子沉积到520 k的cu(111)表面，10分钟后迅速将样品传入扫描台并冷却至液氮温度，利用扫描隧道显微镜（stm）和dft计算进行观测与分析。具体包括如下步骤：步骤1：打开该系统的电子束加热装置，以300 ma的增幅将灯丝电流从0 a加至1.8 a，把高压按钮打开，数值调为1 kv，继续增大灯丝电流，使发射电流达到1 ma，然后发射电子电流以300 ma为增值将发射电子电流从1 ma升至5 ma，数分钟内cu(111)表面从室温加
热到520 k。
22.步骤2：将tct分子沉积到520 k的cu(111)表面，沉积10分钟后将样品传入扫描台并冷却至液氮温度，通过扫描隧道显微镜观察到前体分子在表面发生脱卤反应，并且耦合后的分子从表面脱附而氯原子仍然吸附在表面，氯原子在cu(111)表面的吸附形成类石墨烯的六角蜂窝结构，如图4a和4b所示。


技术特征：
1.一种类石墨烯材料的制备方法，其特征在于，高温沉积的前体分子通过脱卤反应将氯原子引入铜表面得到类石墨烯结构，包括以下步骤：1）将cu基底加热至520 k；2）将前体分子沉积到步骤1）的cu基底，沉积过程中cu基底的温度保持在520 k，通过脱卤反应，以自组装得到氯基石墨烯。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前体分子为2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪分子。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，将前体分子沉积到cu基底，沉积过程中cu基底的温度保持在520 k，沉积时间为10分钟，通过脱卤反应，以自组装得到氯基石墨烯。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，沉积反应结束后，迅速将样品传入扫描台并冷却至液氮温度，通过扫描隧道显微镜对cu基底进行观测，前体分子在cu(111)表面发生脱卤反应后发生脱附，反应中c-cl键发生断裂，得到的cl原子吸附在cu(111)表面。

技术总结
本发明公开了一种类石墨烯材料的制备方法，高温沉积的前体分子通过脱卤反应将氯原子引入高温的铜表面得到类石墨烯结构。经过本发明可以使得前体分子在Cu(111)表面充分进行脱卤反应并脱附，Cl原子仍然吸附在Cu(111)表面并自组装形成六角蜂窝的高覆盖率的单层氯基石墨烯，因此，原料在表面上反应率高，减少了反应物的浪费。应物的浪费。应物的浪费。


技术研发人员：钱吟月 彭欣晨 茹佳瑶 程硕 孔惠慧
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2021.04.09
技术公布日：2022/10/17