一种晶种诱导快速制备高质量二维黑磷晶体的方法技术

本发明专利技术公开了一种晶种诱导快速制备高质量二维黑磷晶体的方法。首先在惰性气氛下，称取红磷原料、催化剂和输运剂于单头封口石英管底部(原料端，热端)，使用多孔垫片进行分隔，称取黑磷晶种于单头封口石英管顶部(成核端，冷端)，并利用真空封管系统将反应原料密封于石英管内部；随后通过优化的程序升温和降温对石英管进行加热处理，待反应结束后，最终制得高纯度、高质量的二维黑磷晶体。相较于不使用晶种的传统制备方法，该方法不仅可以显著降低合成过程中的反应温度和反应时间，减少能耗；而且能够有效降低反应所需的催化剂和输运剂引入量，节约成本。该方法合成出的黑磷晶体杂质少、纯度高、质量好，更有利于实现黑磷晶体的工业化规模制备。

A method of seed induced rapid preparation of high quality two-dimensional black phosphorus crystal

【技术实现步骤摘要】
一种晶种诱导快速制备高质量二维黑磷晶体的方法
本专利技术属于二维材料
，具体涉及一种晶种诱导快速制备高质量二维黑磷晶体的方法。
技术介绍
二维黑磷是近年来脱颖而出并受到广泛关注的新型二维半导体材料。凭借优异的光电特性，其在各类光子和光电器件应用中表现出优异潜力。首先，黑磷具有灵活可调的直接带隙，这为光电器件提供了从可见跨越至中红外的宽光谱高效光电响应。其次，从晶体管器件的迁移率和开关比这两个关键性能来考虑，黑磷填补了石墨烯和过渡金属二硫化物之间的空隙，为晶体管器件提供了理想的平衡性能。不仅如此，黑磷的面内各项异性对材料的电学、光学以及机械性能等具有极大影响。且磷元素作为人体内不可或缺的元素，也使得黑磷具备良好的生物相容性。因此，黑磷在光电器件、光电催化、化学和生物传感、太阳能电池、超级电容器以及生物医学等诸多领域具有广阔的应用前景。黑磷晶体的制备也经历了一个漫长的研究过程。从最初高温高压条件下(1.2GPa、200℃)的白磷转化法(JournaloftheAmericanChemicalSociety,1914,36(7):134本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶种诱导快速制备高质量二维黑磷晶体的方法，它包括如下步骤：/n1)在惰性气氛下，称取红磷原料、金属单质催化剂和输运剂于单头封口石英管底部，石英管底部作为原料端或热端；使用多孔垫片进行分隔，称取黑磷晶种于单头封口石英管顶部，石英管顶部作为成核端，冷端；并用封口膜封住开口备用；/n2)去掉封口膜，迅速利用真空封管系统将反应原料密封于石英管内部；/n3)将密封好的石英管置于马弗炉内，并设定升温、降温程序对石英管进行加热处理，待反应结束后，最终制得大体积、高纯度的高质量二维黑磷晶体。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶种诱导快速制备高质量二维黑磷晶体的方法，它包括如下步骤：
1)在惰性气氛下，称取红磷原料、金属单质催化剂和输运剂于单头封口石英管底部，石英管底部作为原料端或热端；使用多孔垫片进行分隔，称取黑磷晶种于单头封口石英管顶部，石英管顶部作为成核端，冷端；并用封口膜封住开口备用；
2)去掉封口膜，迅速利用真空封管系统将反应原料密封于石英管内部；
3)将密封好的石英管置于马弗炉内，并设定升温、降温程序对石英管进行加热处理，待反应结束后，最终制得大体积、高纯度的高质量二维黑磷晶体。


2.根据权利要求1所述的晶种诱导快速制备高质量二维黑磷晶体的方法，其特征在于，步骤1)中所述的红磷、催化剂和输运剂的质量投料比为20～400：1～10：1；所述的红磷与黑磷晶种的质量投料比为10～100：1。


3.根据权利要求1所述的晶种诱导快速制备高质量二维黑磷晶体的方法，其特征在于，步骤1)中所述的催化剂为Sn、Pb、In、Bi、Cd中的任意一种或至少两种的组合，或含有Sn、Bi、In、Pb、Cd中的任意一种或至少两种元素组合的合金，催化剂的纯度为98％以上；所述的输运剂为I2、SnI4、SnI2、PbI2、NH4I、BiI3、PI3、SnCl2、SnBr2中的任意一种或至少两种的组合，输运剂的纯度为95％以上。


4.根据权利要求1所述的晶种诱导快速制备高质量二...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻学锋，汪建南，王佳宏，
申请(专利权)人：深圳市中科墨磷科技有限公司，深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44