硫化铂(PtS)作为铂族硫属化合物的重要成员,凭借其层状结构、类金属电子特性及良好的热化学稳定性,在催化、光电探测、柔性电子等领域展现出应用潜力。然而,天然PtS矿物纯度低、机械剥离效率差,且传统合成方法难以实现大面积均匀制备与形貌调控,成为制约其规模化应用的关键瓶颈。随着二维材料制备技术的突破,PtS的定制化合成策略取得重要进展,为探索其功能性能提供了关键材料平台。
PtS纳米结构的调控策略
1尺寸调控
通过化学合成方法可以准确调控PtS纳米结构的尺寸。例如,采用酸碱介导的醇还原法,通过改变反应介质的酸碱性,可以有效调控铂纳米颗粒(Pt NPs)的尺寸。在碱性环境中,Pt核化速度快,形成更多小尺寸的Pt NPs;而在酸性环境中,核化速度慢,形成的Pt NPs尺寸较大。这种尺寸调控机制为PtS纳米结构的定制化合成提供了重要参考。
2形貌调控
形貌调控是实现PtS纳米结构定制化合成的关键。研究发现,通过选择合适的前驱体和反应条件,可以合成不同形貌的PtS纳米结构。例如,采用热辅助转化(TAC)方法,通过控制反应温度和时间,可以合成多晶PtS薄膜。此外,利用表面活性剂或配体的调控作用,可以实现对PtS纳米结构形貌的控制。
3电子结构调控
通过表面修饰或掺杂可以调控PtS纳米结构的电子结构。例如,通过硫醇处理,可以改变Pt纳米颗粒的表面电荷,从而影响其催化性能。这种电子结构的调控对于提高PtS纳米结构在催化和传感器中的性能具有重要意义。
PtS薄膜形貌的调控策略
1基底选择
基底材料的选择对PtS薄膜的形貌和性能有重要影响。常用的基底材料包括石英、热解碳(PyC)和SiO₂/Si。这些基底材料具有良好的热稳定性和化学惰性,适合用于PtS薄膜的合成。
2合成方法
不同的合成方法会影响PtS薄膜的形貌和均匀性。例如,化学气相沉积(CVD)法可以通过控制前驱体的流量和反应温度,实现大面积均匀PtS薄膜的制备。此外,通过热解法和溶胶-凝胶法也可以合成高质量的PtS薄膜。
3后处理工艺
后处理工艺对PtS薄膜的形貌和性能有影响。例如,通过离子辐照和退火处理,可以制备表面光滑、晶粒直径约为1微米的Pt薄膜。这种后处理工艺可以改善PtS薄膜的表面形貌和晶体学性质。
PtS纳米结构和薄膜在催化、传感器和光电器件等领域具有应用前景。例如,通过尺寸和形貌调控,可以提高PtS纳米结构在催化反应中的活性和选择性。此外,大面积均匀的PtS薄膜在光电器件中也展现出良好的性能。然而,PtS的合成和形貌调控仍面临诸多挑战,如反应条件的准确控制、前驱体的选择以及后处理工艺的优化等。
硫化铂(PtS)的定制化合成是当前材料科学领域的研究热点之一。通过尺寸、形貌和电子结构的调控,可以实现PtS纳米结构和薄膜的定制化合成。基底选择、合成方法和后处理工艺对PtS薄膜的形貌和性能有重要影响。