二维材料CaGeTe功能化制备高性能材料的方法技术

本发明专利技术公开二维材料CaGeTe功能化制备高性能材料的方法，在CVD管式炉中程序控温，烧结得到CaGeTe前驱体，依次用甲苯和乙醇多次冲洗，干燥后在三口烧瓶中加入磁力搅拌子，去离子水，乙腈，CaGeTe前驱体以及碘乙醇，保证转子持续转动，密封反应得到GeTe‑OH。分散于装有乙醇的小瓶中，以Teflon胶带密封瓶口，超声处理2h，避免浴缸和液体过热，水冷维持在20℃，离心分离即可得到二维层状半导体材料GeTe‑OH。相比于CaGeTe，接上羟基后所得的二维材料GeTe‑OH，光学带隙有明显提升，在光电器件、光催化等方面应用具有较大的潜在性。

Preparation of high performance materials by two dimensional cagete functionalization

【技术实现步骤摘要】
二维材料CaGeTe功能化制备高性能材料的方法
本专利技术属于二维功能材料
，更加具体地说，具体涉及二维材料CaGeTe的有机功能化得到GeTe-OH。
技术介绍
具有类石墨烯结构的二维层状过渡金属硫属化合物-TMDCs，基于其优异的光吸收率，易于调控的光学带隙，在光探测器，场效应晶体管等方面应用广泛，受到学者们的关注。而与其结构相近的二维Ⅳ族金属硫属化合物-GIVMCs(金属主要包括Si、Ge、Sn，硫属主要包括O、S、Se、Te)，所展现的适合用于光催化的光学性能(如Shi等人计算发现单层SnSe对光吸收率可达38％)，优异的电学性能(如目前基于SnS2制备的FET器件的载流子迁移率达到230cm2·V-1·s-1，开关比更是达到106)，而且SnS、SnSe、GeSe等由于晶体结构的各向异性，导致其直接带隙和间接带隙间差异较小，在一定力学强度下可相互转变等等性能，都使得GIVMCs近年来受到广泛的研究。2018年，Zhang等人首次实验剥离得到层状GeTe材料，单层的GeTe更是具有1.93eV的光学带隙，而随后Qiao等人对GeTe的理论计算，单层具有2.35eV带隙也相对与实验吻合，均表明二维新型材料GeTe具有合适的带隙，值得对其光学性能和电学性能进行进一步研究，但由于GeTe难以功能化，需要针对其功能化提供有效手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供二维材料CaGeTe功能化制备高性能材料的方法，从三元前驱体CaGeTe入手，用碘乙醇对其进行功能化，以羟基取代Ca，得到二维材料GeTe-OH，即对CaGeTe进行功能化，得到高性能二维材料。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现：二维材料CaGeTe功能化制备高性能材料的方法，按照下述步骤进行：步骤1，按照Ca、Ge、Te的摩尔比1：1：(1—1.2)称取三种金属Ca、Ge、Te并混合均匀，在300—400min内由室温20—25摄氏度匀速升温至1000—1200摄氏度保温1000—1500min后，再用时1000—1200min降温至800—900摄氏度，最后以0.1—0.5℃/min缓慢降至室温20—25摄氏度，得到CaGeTe前驱体；在步骤1中，在称取三种金属时原则为三者等摩尔比，选择Te略过量，以保证反应物中无多余的Ca和Ge。在步骤1中，选择CVD管式炉进行程序温控。在步骤1中，在350—400min内由室温20—25摄氏度匀速升温至1050—1100摄氏度保温1200—1500min后，再用时1100—1200min降温至800—850摄氏度，最后以0.1—0.5℃/min缓慢降至室温20—25摄氏度。在步骤1中，得到CaGeTe前驱体后，依次用甲苯和乙醇多次冲洗以除去多余的Te，进行干燥。步骤2，在反应容器中加入去离子水、乙腈、CaGeTe前驱体和碘乙醇，密封后在室温20—25摄氏度且搅拌条件下进行反应，得到GeTe-OH。在步骤2中，去离子水用量为10—20体积份，每一体积份为1ml；乙腈用量为1—5体积份，每一体积份为1ml；碘乙醇用量为1—5体积份，每一体积份为1ml；CaGeTe前驱体用量为50—100质量份，每一质量份为1mg。在步骤2中，去离子水用量为15—20体积份，每一体积份为1ml；乙腈用量为1—3体积份，每一体积份为1ml；碘乙醇用量为3—5体积份，每一体积份为1ml；CaGeTe前驱体用量为60—80质量份，每一质量份为1mg。在步骤2中，采用超声进行搅拌，每分钟转速为100—500转，反应时间为50—220小时，优选100—200小时。步骤3，将GeTe-OH分散于装有乙醇的反应容器中，以Teflon胶带密封瓶口超声处理并维持体系温度20—25摄氏度，离心分离即可得到二维层状半导体材料GeTe-OH。在步骤3中，在溶液法超声剥离后离心得到GeTe-OH层状材料，离心速率为3000～5000rmp。在步骤3中，超声处理1—5小时，优选2—4小时。在步骤3中，使用水冷以使体系维持温度20±0.5摄氏度。在本专利技术的技术方案中，在CVD管式炉中程序控温，烧结得到CaGeTe前驱体，依次用甲苯和乙醇多次冲洗，干燥后在三口烧瓶中加入磁力搅拌子，去离子水，乙腈，CaGeTe前驱体以及碘乙醇，保证转子持续转动，密封反应得到GeTe-OH，分散于装有乙醇的小瓶中，以Teflon胶带密封瓶口，超声处理2h，避免浴缸和液体过热，水冷维持在20℃，离心分离即可得到二维层状半导体材料GeTe-OH。相比于CaGeTe，接上羟基后所得的二维材料GeTe-OH，光学带隙有明显提升，在光电器件、光催化等方面应用具有较大的潜在性。附图说明图1为本专利技术制备的GeTe-OH的红外谱图。图2为本专利技术制备的GeTe-OH的扫描电镜照片。图3为本专利技术制备的GeTe和GeTe-OH的紫外-可见吸收光谱图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行进一步的说明。下面给出本专利技术的实施例，是对本专利技术的进一步说明，而不是限制本专利技术的范围。实例1手套箱中依次称取10mmolCa、10mmolGe、11mmolTe，封装的石英管中，CVD管式炉真空烧结，400min由常温升至1050℃，维持1200min后1200min降温至800℃，再以0.5℃/min缓慢降至常温，依次用甲苯、乙醇冲洗，干燥后在三口烧瓶中加入磁力搅拌子，15ml去离子水，2ml乙腈，60mgCaGeTe前驱体，3ml碘乙醇，搅拌密封避光反应3天(每天24小时)，得到GeTe-OH。分散于装有乙醇的小瓶中，以Teflon胶带密封瓶口，超声处理2h，避免浴缸和液体过热，水冷维持在20℃，离心3000rmp分离即可得到二维层状半导体材料GeTe-OH。实例2手套箱中依次称取10mmolCa、10mmolGe、11mmolTe，封装的石英管中，CVD管式炉真空烧结，300min由常温升至1000℃，维持1500min后1000min降温至900℃，再以0.5℃/min缓慢降至常温，依次用甲苯、乙醇冲洗，干燥后在三口烧瓶中加入磁力搅拌子，20ml去离子水，5ml乙腈，100mgCaGeTe前驱体，5ml溴乙醇，搅拌密封避光反应50小时，得到GeTe-OH。分散于装有乙醇的小瓶中，以Teflon胶带密封瓶口，超声处理5h，避免浴缸和液体过热，水冷维持在20℃，离心3000rmp分离即可得到二维层状半导体材料GeTe-OH。实例3手套箱中依次称取10mmolCa、10mmolGe、11mmolTe，封装的石英管中，CVD管式炉真空烧结，400min由常温升至1100℃，维持1000min后用时1100min降温至850℃，再以0.1℃/min缓慢降至常温，依次用甲苯、乙醇冲洗，干燥后在三口烧瓶中加入磁力搅拌子，10ml去离子水，1ml乙腈，50mgCaGeTe前驱体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二维材料CaGeTe功能化制备高性能材料的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：/n步骤1，按照Ca、Ge、Te的摩尔比1：1：(1—1.2)称取三种金属Ca、Ge、Te并混合均匀，在300—400min内由室温20—25摄氏度匀速升温至1000—1200摄氏度保温1000—1500min后，再用时1000—1200min降温至800—900摄氏度，最后以0.1—0.5℃/min缓慢降至室温20—25摄氏度，得到CaGeTe前驱体；/n步骤2，在反应容器中加入去离子水、乙腈、CaGeTe前驱体和碘乙醇，密封后在室温20—25摄氏度且搅拌条件下进行反应，得到GeTe-OH，去离子水用量为10—20体积份，每一体积份为1ml；乙腈用量为1—5体积份，每一体积份为1ml；碘乙醇用量为1—5体积份，每一体积份为1ml；CaGeTe前驱体用量为50—100质量份，每一质量份为1mg；/n步骤3，将GeTe-OH分散于装有乙醇的反应容器中，以Teflon胶带密封瓶口超声处理并维持体系温度20—25摄氏度，离心分离即可得到二维层状半导体材料GeTe-OH。/n

【技术特征摘要】
1.二维材料CaGeTe功能化制备高性能材料的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
步骤1，按照Ca、Ge、Te的摩尔比1：1：(1—1.2)称取三种金属Ca、Ge、Te并混合均匀，在300—400min内由室温20—25摄氏度匀速升温至1000—1200摄氏度保温1000—1500min后，再用时1000—1200min降温至800—900摄氏度，最后以0.1—0.5℃/min缓慢降至室温20—25摄氏度，得到CaGeTe前驱体；
步骤2，在反应容器中加入去离子水、乙腈、CaGeTe前驱体和碘乙醇，密封后在室温20—25摄氏度且搅拌条件下进行反应，得到GeTe-OH，去离子水用量为10—20体积份，每一体积份为1ml；乙腈用量为1—5体积份，每一体积份为1ml；碘乙醇用量为1—5体积份，每一体积份为1ml；CaGeTe前驱体用量为50—100质量份，每一质量份为1mg；
步骤3，将GeTe-OH分散于装有乙醇的反应容器中，以Teflon胶带密封瓶口超声处理并维持体系温度20—25摄氏度，离心分离即可得到二维层状半导体材料GeTe-OH。


2.根据权利要求1所述的二维材料CaGeTe功能化制备高性能材料的方法，其特征在于，在步骤1中，在称取三种金属时原则为三者等摩尔比，选择Te略过量，以保证反应物中无多余的Ca和Ge。


3.根据权利要求1所述的二维材料CaGeTe功能化制备高性能材料的方法，其特征在于，在步骤1中，选择CVD管式炉进...

【专利技术属性】
技术研发人员：封伟，张鑫，赵付来，王宇，冯奕钰，李瑀，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12