薄层SnSe的可控制备及其共价修饰研究

The recent success in synthesis and isolation of group V elemental two dimensional (2D) semiconductors (including black phosphorus, antimonene and so forth) make them one of the most potential substitutes for graphene, which has attracted increasing attention from the fundamental science and technological applications. As the isoelectronic to group V elemental 2D semiconductors, the IV–VI compounds such as SnS, SnSe, GeS and so forth are predicted to demonstrate similar atomic structure and properties. Ascribed to the unique in-plane anisotropic structure and strong couple interaction, SnSe reveals layer-dependent energy band structure and excellent thermoelectric property. Besides, the stable structure of SnSe can also guarantee the further applications. However, the research of SnSe is greatly restricted by the synthesis method. To the best of our knowledge, there is no report for the synthesis of thin layer (thickness<5 nm) SnSe currently. This research program mainly concentrates on developing a facile and effective synthesis method to obtain thin layer SnSe. Based on the characterization of scanning tunneling microscopy/spectroscopy and electric devices, we will clarify the basic relationship between the energy band structure and thickness of SnSe. Finally, we will use the chemical functionalization method to further tune the thermoelectric and optoelectronic property.

近年来，V族元素二维半导体（如黑磷，锑烯等）的成功制备与分离使得其作为一种石墨烯的取代物受到了学术界和工业界的广泛关注。作为V族元素二维半导体等电子体的 IV–VI 族二维半导体（如SnS，SnSe，GeS等）理论上也被预测具有相似的电学和光学性质。由于其独特的各向异性结构和强层间作用力，SnSe材料呈现出奇特的能带结构和优异的热电性质。此外，稳定的化学结构也使得SnSe材料具有更大的应用和推广空间。然而，基于SnSe的研究仍极大地受限于其本身的制备过程。据本课题组文献调研，5 nm及以下厚度的制备研究目前并没有文献报道。本课题将针对于SnSe薄层材料的可控制备而展开，致力于发展一种高效可控的薄层SnSe制备方法。 此外，基于扫描隧道显微镜和扫描隧道谱学研究，我们将从根本上阐述SnSe的能带结构与层数的依赖关系。最后，我们将进一步通过化学修饰手段对其结构进行进一步调控以改善电学和光学性质。

近年来，V族层状半导体（如黑磷，锑烯和铋烯等）独特的褶型化学结构和非凡的电子性能引起了科学界的极大研究兴趣。作为V族层状半导体的等电子体结构， IV-VI族层状半导体（如硒化锡（SnSe）等）理论上也被预测具有新奇的电学，光学和热学性质。此外，丰富的化学储量和优异的空气稳定性使得IV-VI族层状半导体材料具有更广阔的应用前景。然而，强层间耦合作用是限制该类褶型层状材料低维化制备的一个技术难题。因此，本项目主要集中于解决以SnSe为代表的褶型低维结构的制备，并探索低维化限域效应对于其纳米结构的电学性质影响。主要的研究结果有：1. 发展了一种有机胺盐为插层分子的电化学剥离方法，用于二维黑磷薄层结构（厚度小于5层的黑磷产率>80%）的可控制备；2. 通过强层间耦合作用，发展了一种电化学法剥离方法用于制备SnSe量子点结构（5纳米尺寸SnSe产率>90%），并用于锂离子电池负极材料；3. 通过溶剂化作用的调节，进一步推广电化学剥离方法对于二维超导体单层的可控制备（适用于8种以上二维超导单层的制备）。相关研究为低维层状材料的分离提供了一种快速，有效和可大量制备的生产方法。此外，所制备的低维材料具有优异的晶体结构和溶液分散性，可以与常规的打印，旋涂等技术相兼容，用于制备复杂的共混结构和功能器件。