二硒化鉑

化合物

二硒化鉑是一種無機化合物,化學式為PtSe2。它是層狀物質,可以分成薄層至三原子厚的單層。厚度不同,PtSe2可以展現出半金屬半導體特性。

二硒化鉑
英文名 Platinum(IV) selenide
Platinum diselenide
別名 硒化鉑(IV)
識別
CAS號 12038-26-5  checkY
PubChem 101946448
SMILES
 
  • [Se]=[Pt]=[Se]
性質
化學式 PtSe2
摩爾質量 353 g·mol−1
外觀 不透明的黃白色金屬光澤固體
密度 9.54
熔點 (分解)
溶解性 難溶
能隙 0 (粒狀) 1.3 eV (單層) eV
結構
晶體結構 空間群 P3m1 164 hexagonal
晶格常數 a = 3.728[1], c = 5.031
配位幾何 八面體
相關物質
其他陰離子 二氧化鉑
二硫化鉑
二碲化鉑
其他陽離子 二硒化鈀
相關化合物 Pt5Se4
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

二硒化鉑在自然界中以硒鉑礦(Sudovikovite)的形式存在,該礦以俄羅斯石油學家N.G. Sudovikov(1903 - 1966)命名。礦石的硬度在2到2.5之間。硒鉑礦發現於俄羅斯卡累利阿共和國的Zaonezhie半島的Velikaya Guba鈾釩礦床的Srednyaya Padma礦區中。[2]

製備

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在1909年,Minozzi第一個報道了通過相應的元素單質製備二硒化鉑。[3]

將鉑薄箔在400℃時與蒸氣加熱可以得到二硒化鉑。[4][5]

鉑的111晶面暴露於硒蒸氣中,270℃可以形成單層PtSe2.[6]

除了這些硒化法外,PtSe2也可以通過在水溶液中用硒化氫處理Pt(IV)得到,或者是加熱四氯化鉑的混合物。[3]

性質

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二硒化鉑的晶體結構為CdI2,形成的是層狀結構。每個單層有鉑原子中心,硒原子在鉑的上方和下方。這種結構也稱為「1T」,屬於三角晶系。每層僅由弱鍵結合在一起,因此可以將片剝離為雙層或單層。[7]

塊狀的PtSe2是半金屬材料,單層是半導體材料。[7]塊狀材料的電導率為620,000 S/m。[8]

XPS光譜顯示了在Pt 4f處有72.3eV的峰,在Pt 5p3/2有55.19和54.39eV的峰[7];Se 3d3/2和3d5/2分別有55.19和54.39eV的峰。[6]

聲子振動由紅外活性A2u(Se在Pt面外振動)、Eu(層振動,Se相對於Pt)和拉曼活性A1g(Se頂部和底部原子沿相反方向205cm-1移動)、Eg(在平面Se原子相對於頂部和底部移動175cm−1)。在拉曼光譜中,當測量與入射光線垂直偏振的受激發射時,A1g被減弱。堆疊更多的層時,Eg模式發生紅移。(雙層材料為166cm−1,塊狀材料為155cm−1)。當厚度變化時,Alg排放僅略有變化。[7]

對於單層,帶隙為1.2eV(計算值),雙層的為0.21eV(計算值)。對於三層或更厚的物質,會失去一個帶隙並變為半金屬性質。[6]

PtSe2可以在特定氣體(如二氧化氮)存在下改變其電導性。在幾秒鐘內,NO2吸附在PtSe2材料的表面,降低了電阻。當氣體不存在時,大約一分鐘內會回到高電阻的狀態。[4]PtSe2塞貝克係數英語Seebeckcoefficient為40 μV/K。[9]

雖然二硒化鉑是非磁性的,但是當存在高達10%的鉑空位並且其被置於5%的應變下時,它預計將變為鐵磁性。[10]

二硒化鉑的單層顯示螺旋旋轉紋理,對諸如此類的中心對稱材料來說,這一性質並不是我們想要的。這個性質可能是由於局部偶極誘導的拉什巴效應英語Rashba effect,這意味着PtSe2是潛在的自旋電子材料。[11]

化學反應

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目前已知的是在室溫下僅與二硒化鉑發生物理吸附,所對應的能量分別為−0.19 eV和−0.13 eV,遠低於室溫下發生反應所需的能量。[8]

參考文獻

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  1. ^ Guo, G Y; Liang, W Y. The electronic structures of platinum dichalcogenides: PtS2 , PtSe2 and PtTe2. Journal of Physics C: Solid State Physics. 1986-03-10, 19 (7): 995–1008. doi:10.1088/0022-3719/19/7/011. 
  2. ^ Sudovikovite: Sudovikovite mineral information and data.. www.mindat.org. [2017-03-19]. (原始內容存檔於2020-11-04). 
  3. ^ 3.0 3.1 Grønvold, Fredrik; Haakon, Haraldsen; Kjekshus, Arne. On the sulfides, selenides and tellurides of platinum (PDF). Acta Chemica Scandinavica. 1960, 14 (9) [2017-07-02]. (原始內容存檔 (PDF)於2018-07-22).  
  4. ^ 4.0 4.1 Ultra-fast, ultra-sensitive PtSe2 gas sensors. PhysOrg. 2017-01-13 [2017-03-17]. (原始內容存檔於2020-11-12). 
  5. ^ Yim, Chanyoung; Lee, Kangho; McEvoy, Niall; O』Brien, Maria; Riazimehr, Sarah; Berner, Nina C.; Cullen, Conor P.; Kotakoski, Jani; Meyer, Jannik C.; Lemme, Max C.; Duesberg, Georg S. High-Performance Hybrid Electronic Devices from Layered PtSe2 Films Grown at Low Temperature. ACS Nano. 2016-10-25, 10 (10): 9550–9558. doi:10.1021/acsnano.6b04898. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 Wang, Yeliang; Li, Linfei; Yao, Wei; Song, Shiru; Sun, J. T.; Pan, Jinbo; Ren, Xiao; Li, Chen; Okunishi, Eiji; Wang, Yu-Qi; Wang, Eryin; Shao, Yan; Zhang, Y. Y.; Yang, Hai-tao; Schwier, Eike F.; Iwasawa, Hideaki; Shimada, Kenya; Taniguchi, Masaki; Cheng, Zhaohua; Zhou, Shuyun; Du, Shixuan; Pennycook, Stephen J.; Pantelides, Sokrates T.; Gao, Hong-Jun. Monolayer PtSe2, a New Semiconducting Transition-Metal-Dichalcogenide, Epitaxially Grown by Direct Selenization of Pt. Nano Letters. 2015-06-10, 15 (6): 4013–4018. doi:10.1021/acs.nanolett.5b00964. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 O』Brien, Maria; McEvoy, Niall; Motta, Carlo; Zheng, Jian-Yao; Berner, Nina C; Kotakoski, Jani; Elibol, Kenan; Pennycook, Timothy J; Meyer, Jannik C; Yim, Chanyoung; Abid, Mohamed; Hallam, Toby; Donegan, John F; Sanvito, Stefano; Duesberg, Georg S. Raman characterization of platinum diselenide thin films. 2D Materials. 2016-04-13, 3 (2): 021004. doi:10.1088/2053-1583/3/2/021004. 
  8. ^ 8.0 8.1 Zhao, Yuda; Qiao, Jingsi; Yu, Zhihao; Yu, Peng; Xu, Kang; Lau, Shu Ping; Zhou, Wu; Liu, Zheng; Wang, Xinran; Ji, Wei; Chai, Yang. High-Electron-Mobility and Air-Stable 2D Layered PtSe2 FETs. Advanced Materials. February 2017, 29 (5): 1604230. doi:10.1002/adma.201604230. 
  9. ^ Hulliger, F. Electrical properties of some nickel-group chalcogenides. Journal of Physics and Chemistry of Solids. March 1965, 26 (3): 639–645. doi:10.1016/0022-3697(65)90140-X. 
  10. ^ Zulfiqar, Muhammad; Zhao, Yinchang; Li, Geng; Nazir, Safdar; Ni, Jun. Tunable Conductivity and Half Metallic Ferromagnetism in Monolayer Platinum Diselenide: A First-Principles Study. The Journal of Physical Chemistry C. 2016-11-03, 120 (43): 25030–25036. doi:10.1021/acs.jpcc.6b06999. 
  11. ^ Yao, Wei; Wang, Eryin; Huang, Huaqing; Deng, Ke; Yan, Mingzhe; Zhang, Kenan; Miyamoto, Koji; Okuda, Taichi; Li, Linfei; Wang, Yeliang; Gao, Hongjun; Liu, Chaoxing; Duan, Wenhui; Zhou, Shuyun. Direct observation of spin-layer locking by local Rashba effect in monolayer semiconducting PtSe2 film. Nature Communications. 2017-01-31, 8: 14216. doi:10.1038/ncomms14216.