一维碳纳米管/二维二硫化钼混合维度异质结的原位制备及其电荷转移性能

邹菁云 高冰 张小品 唐磊 冯思敏 金赫华 刘碧录 成会明

引用本文: 邹菁云, 高冰, 张小品, 唐磊, 冯思敏, 金赫华, 刘碧录, 成会明. 一维碳纳米管/二维二硫化钼混合维度异质结的原位制备及其电荷转移性能[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2008037-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008037 shu
Citation:  Jingyun Zou, Bing Gao, Xiaopin Zhang, Lei Tang, Simin Feng, Hehua Jin, Bilu Liu, Hui-Ming Cheng. Direct Growth of 1D SWCNT/2D MoS2 Mixed-Dimensional Heterostructures and Their Charge Transfer Property[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2022, 38(5): 2008037-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008037 shu

一维碳纳米管/二维二硫化钼混合维度异质结的原位制备及其电荷转移性能

    通讯作者: 刘碧录, bilu.liu@sz.tsinghua.edu.cn; 成会明, hmcheng@sz.tsinghua.edu.cn
摘要: 一维(1D)材料与二维(2D)材料的结合可形成独特的混合维度异质结,其在继承2D/2D范德瓦尔斯异质结的独特物性之外,还具有丰富的堆叠构型,为进一步调控异质结的结构及性能提供了新的可操控自由度。p型1D单壁碳纳米管(SWCNT)与n型2D二硫化钼(MoS2)的结合,为调控异质结的能带结构及器件性能提供了丰富的选择。本文直接在高密度、手性窄分布的SWCNT定向阵列及无序薄膜表面原位生长MoS2,制备出高质量1D SWCNT/2D MoS2混合维度异质结。深入分析形核点的表面形貌与结构,提出了“吸附-扩散-吸附”生长机制,用于解释混合维度异质结的生长。利用拉曼光谱分析,证实SWCNT与MoS2间存在显著的电荷转移作用,载流子可在界面处快速传输,为后续基于此类1D/2D异质结的新型电子及光电器件的设计与制备提供了新思路。

English

    1. [1]

      Manzeli, S.; Ovchinnikov, D.; Pasquier, D.; Yazyev, O. V.; Kis, A. Nat. Rev. Mater. 2017, 2, 17033. doi: 10.1038/natrevmats.2017.33

    2. [2]

      Chhowalla, M.; Shin, H. S.; Eda, G.; Li, L. J.; Loh, K. P.; Zhang, H. Nat. Chem. 2013, 5, 263. doi: 10.1038/nchem.1589

    3. [3]

      Ellis, J. K.; Lucero, M. J.; Scuseria, G. E. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 261908. doi: 10.1063/1.3672219

    4. [4]

      Britnell, L.; Ribeiro, R. M.; Eckmann, A.; Jalil, R.; Belle, B. D.; Mishchenko, A.; Kim, Y. J.; Gorbachev, R. V.; Georgiou, T.; Morozov, S. V.; et al. Science 2013, 340, 1311. doi: 10.1126/science.1235547

    5. [5]

      Radisavljevic, B.; Radenovic, A.; Brivio, J.; Giacometti, V.; Kis, A. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 147. doi: 10.1038/nnano.2010.279

    6. [6]

      Kormányos, A.; Zólyomi, V.; Drummond, N. D.; Rakyta, P.; Burkard, G.; Fal'ko, V. I. Phys. Rev. B 2013, 88, 045416. doi: 10.1103/PhysRevB.88.045416

    7. [7]

      Mak, K. F.; He, K.; Shan, J.; Heinz, T. F. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 494. doi: 10.1038/nnano.2012.96

    8. [8]

      Li, X.; Zhang, F.; Niu, Q. Phys. Rev. Lett. 2013, 110, 066803. doi: 10.1103/PhysRevLett.110.066803

    9. [9]

      Dean, C. R.; Wang, L.; Maher, P.; Forsythe, C.; Ghahari, F.; Gao, Y.; Katoch, J.; Ishigami, M.; Moon, P.; Koshino, M.; et al. Nature 2013, 497, 598. doi: 10.1038/nature12186

    10. [10]

      Cao, Y.; Fatemi, V.; Demir, A.; Fang, S.; Tomarken, S. L.; Luo, J. Y.; Sanchez-Yamagishi, J. D.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Kaxiras, E.; et al. Nature 2018, 556, 80. doi: 10.1038/nature26154

    11. [11]

      Jin, C.; Regan, E. C.; Yan, A.; Utama, M. I. B.; Wang, D.; Zhao, S.; Qin, Y.; Yang, S.; Zheng, Z.; Shi, S.; et al. Nature 2019, 567, 76. doi: 10.1038/s41586-019-0976-y

    12. [12]

      White, C. T.; Todorov, T. N. Nature 1998, 393, 240. doi: 10.1038/30420

    13. [13]

      Li, L.; Guo, Y.; Sun, Y.; Yang, L.; Qin, L.; Guan, S.; Wang, J.; Qiu, X.; Li, H.; Shang, Y.; et al. Adv. Mater. 2018, 30, 1706215. doi: 10.1002/adma.201706215

    14. [14]

      Liu, C.; Hong, H.; Wang, Q.; Liu, P.; Zuo, Y.; Liang, J.; Cheng, Y.; Zhou, X.; Wang, J.; Zhao, Y.; et al. Nanoscale 2019, 11, 17195. doi: 10.1039/C9NR04791C

    15. [15]

      Su, W.; Jin, L.; Huo, D.; Yang, L. Opt. Quant. Electron. 2017, 49, 197. doi: 10.1007/s11082-017-1034-3

    16. [16]

      Wang, R.; Wang, T.; Hong, T.; Xu, Y. -Q. Nanotechnology 2018, 29, 345205. doi: 10.1088/1361-6528/aaca69

    17. [17]

      Gu, J.; Han, J.; Liu, D.; Yu, X.; Kang, L.; Qiu, S.; Jin, H.; Li, H.; Li, Q.; Zhang, J. Small 2016, 12, 4993. doi: 10.1002/smll.201600398

    18. [18]

      Chen, Y. Y.; Sun, Y.; Zhu, Q. B.; Wang, B. W.; Yan, X.; Qiu, S.; Li, Q. W.; Hou, P. X.; Liu, C.; Sun, D. M.; et al. Adv. Sci. 2018, 5, 1700965. doi: 10.1002/advs.201700965

    19. [19]

      Gao, B.; Zhang, X.; Qiu, S.; Jin, H.; Song, Q.; Li, Q. Carbon 2019, 146, 172. doi: 10.1016/j.carbon.2019.01.095

    20. [20]

      Zhou, J.; Lin, J.; Huang, X.; Zhou, Y.; Chen, Y.; Xia, J.; Wang, H.; Xie, Y.; Yu, H.; Lei, J.; et al. Nature 2018, 556, 355. doi: 10.1038/s41586-018-0008-3

    21. [21]

      Yang, P.; Zou, X.; Zhang, Z.; Hong, M.; Shi, J.; Chen, S.; Shu, J.; Zhao, L.; Jiang, S.; Zhou, X.; et al. Nat. Commun. 2018, 9, 979. doi: 10.1038/s41467-018-03388-5

    22. [22]

      Islam, M. F.; Milkie, D. E.; Kane, C. L.; Yodh, A. G.; Kikkawa, J. M. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 037404. doi: 10.1103/PhysRevLett.93.037404

    23. [23]

      Fischer, J. E.; Zhou, W.; Vavro, J.; Llaguno, M. C.; Guthy, C.; Haggenmueller, R.; Casavant, M. J.; Walters, D. E.; Smalley, R. E. J. Appl. Phys. 2003, 93, 2157. doi: 10.1063/1.1536733

    24. [24]

      Li, S.; Lin, Y. C.; Zhao, W.; Wu, J.; Wang, Z.; Hu, Z.; Shen, Y.; Tang, D. M.; Wang, J.; Zhang, Q.; et al. Nat. Mater. 2018, 17, 535. doi: 10.1038/s41563-018-0055-z

    25. [25]

      Wu, S.; Huang, C.; Aivazian, G.; Ross, J. S.; Cobden, D. H.; Xu, X. ACS Nano 2013, 7, 2768. doi: 10.1021/nn4002038

    26. [26]

      Zhao, J.; Buldum, A.; Han, J.; Lu, J. Nanotechnology 2002, 13, 195. doi: 10.1088/0957-4484/13/2/312

    27. [27]

      Agnihotri, S.; Mota, J. P. B.; Rostam-Abadi, M.; Rood, M. J. Langmuir 2005, 21, 896. doi: 10.1021/la047662c

    28. [28]

      Xiang, R.; Inoue, T.; Zheng, Y.; Kumamoto, A.; Qian, Y.; Sato, Y.; Liu, M.; Tang, D.; Gokhale, D.; Guo, J.; et al. Science 2020, 367, 537. doi: 10.1126/science.aaz2570

    29. [29]

      Cai, Z.; Lai, Y.; Zhao, S.; Zhang, R.; Tan, J.; Feng, S.; Zou, J.; Tang, L.; Lin, J.; Liu, B.; et al. Natl. Sci. Rev. 2021, 8, nwaa115. doi: 10.1093/nsr/nwaa115

    30. [30]

      Zhang, C.; Tan, J.; Pan, Y.; Cai, X.; Zou, X.; Cheng, H. M.; Liu, B. Natl. Sci. Rev. 2020, 7, 324. doi: 10.1093/nsr/nwz156

    31. [31]

      Voggu, R.; Rout, C. S.; Franklin, A. D.; Fisher, T. S.; Rao, C. N. R. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 13053. doi: 10.1021/jp805136e

    32. [32]

      Chae, W. H.; Cain, J. D.; Hanson, E. D.; Murthy, A. A.; Dravid, V. P. Appl. Phys. Lett. 2017, 111, 143106. doi: 10.1063/1.4998284

    33. [33]

      邢垒, 焦丽颖. 物理化学学报, 2016, 32, 2133. doi: 10.3866/PKU.WHXB201606162Xing, L.; Jiao, L. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 2133. doi: 10.3866/PKU.WHXB201606162

    34. [34]

      Weisman, R. B.; Bachilo, S. M. Nano Lett. 2003, 3, 1235. doi: 10.1021/nl034428i

    35. [35]

      Jorio, A.; Saito, R.; Hafner, J. H.; Lieber, C. M.; Hunter, M.; McClure, T.; Dresselhaus, G.; Dresselhaus, M. S. Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 1118. doi: 10.1103/PhysRevLett.86.1118

    36. [36]

      McEuen, P. L.; Fuhrer, M. S.; Hongkun, P. IEEE Trans. Nanotechnol. 2002, 99, 78. doi: 10.1109/TNANO.2002.1005429

    37. [37]

      Shiraishi, M.; Ata, M. Carbon 2001, 39, 1913. doi: 10.1016/S0008-6223[00)00322-5

    38. [38]

      Hu, C.; Yuan, C.; Hong, A.; Guo, M.; Yu, T.; Luo, X. Appl. Phys. Lett. 2018, 113, 041602. doi: 10.1063/1.5038602

    39. [39]

      陈帅, 高峻峰, Srinivasan, B. M., 张永伟. 物理化学学报, 2019, 35, 1119. doi: 10.3866/PKU.WHXB201812023Chen, S.; Gao, J.; Srinivasan, B. M.; Zhang, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35, 1119. doi: 10.3866/PKU.WHXB201812023

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  75
  • HTML全文浏览量:  3
文章相关
  • 发布日期:  2022-05-15
  • 收稿日期:  2020-08-13
  • 接受日期:  2020-09-08
  • 修回日期:  2020-09-07
  • 网络出版日期:  2020-09-14
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章