通过边缘缩合基于自旋态定向合成大于20微米的二维层状过渡金属氢氧化物
材料科学
2022-11-29 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
层状过渡金属氢氧化物（LTMHs）以过渡金属中心夹在配位氢氧根阴离子层之间，因在清洁能源与存储技术方面的潜力而备受关注。然而，二维（2D）LTMHs在其物理性质和电子器件应用方面仍鲜有研究。本文依据Ni、Co、Cu等3d过渡金属（TM）离子的自旋态与其晶体场相应几何构型之间的关系，发现具有完美Oh对称性的Ni2+有利于面内生长，从而以高产出率获得>20 μm的α-Ni(OH)2二维晶体，这是迄今报道的最大二维畴。我们还报道了2D Co(OH)2晶体（>40 μm）的成功合成，但由于电子数不均导致的轻微几何畸变，其产率较低。此外，对合成的α-Ni(OH)2进行了详细结构表征；由光吸收测量外推其光学带隙能为2.54 eV，并由反射电子能量损失谱（REELS）测得为2.50 eV，表明其作为电子器件绝缘二维介电材料的潜力。进一步，系统调控水热反应的关键参数（包括保温温度、起始pH和冷却速率）以理解其对形貌与晶体学方面的影响，从而建立二维生长机制。本工作展示了一种从简易方法可扩展合成大尺寸二维LTMHs的途径，为二维LTMHs基础物理性质与器件应用研究铺平道路。
关键词
引用
@article{arxiv.2211.14471,
title = {Spin-state Directed Synthesis of >20 micrometers 2D Layered Transition Metal Hydroxides via Edge-on Condensation},
author = {Lu Ping and Gillian E. Minarik and Hongze Gao and Jun Cao and Tianshu Li and Hikari Kitadai and Xi Ling},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.14471},
year = {2022}
}
备注
30 pages, 5 figures