一种二维层状异质结Ge-GeH、光电阳极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二维层状异质结Ge

【技术实现步骤摘要】
一种二维层状异质结Ge
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GeH、光电阳极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测
，更具体地，涉及一种二维层状异质结Ge
‑
GeH、光电阳极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锗稀作为石墨烯类似物家族中的一员，因其独特的结构和电子特性而在电子和光学设备应用中显示出巨大的潜力，而GeH不仅保持了与锗稀相似的高载流子迁移率，而且还表现出具有直接带隙的强光
‑
物质相互作用，在光电子学应用中显示出巨大的潜力。由于GeH纳米片导电性较差，其在模拟太阳光照射下的光响应率较低，仅为22μA/W，且材料的化学制备法耗时长(需8天以上)。
[0003]二维层状异质结材料被认为可用于制备PEC型光电探测器，但目前制备二维层状异质结材料的方法通常是先将二维材料剥离成薄片，然后在薄片上通过水热法或气相沉积法构建异质结，而在预先剥离、存储及转移过程中，会带来二维层状异质结材料结构的退化和性能衰减，进而导致将其用于制备PEC型光电探测器时，光响应率较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的是克服现有技术的不足，提供一种二维层状异质结Ge
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GeH的制备方法。
[0005]本专利技术的另一目的是提供一种二维层状异质结Ge
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GeH。
[0006]本专利技术的进一步目的是提供利用上述二维层状异质结Ge
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GeH制备得到的光电阳极材料。
[0007]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种二维层状异质结Ge
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GeH的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1.将锗单质和钙单质按比例混合均匀后煅烧，冷却后得到混合物；锗单质与钙单质的质量比为1：(0.4～0.8)；
[0010]S2.将S1得到的混合物与浓盐酸混合，真空条件下搅拌反应40～55h，洗涤，超声处理，所得即为二维层状异质结Ge
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GeH。
[0011]优选地，锗单质与钙单质的质量比为1：(0.4～0.6)。更优选为1：0.5。
[0012]优选地，所述煅烧工艺为在真空条件下以3～5℃/min的速率升温至1000～1200℃，保温20～24h。
[0013]优选地，所述冷却工艺为以1～3℃/min的速率降温至550～450℃，再以2～4℃/min的速率冷却至室温。
[0014]优选地，所述搅拌反应温度为
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20～
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40℃，时间为40～48h。
[0015]一种二维层状异质结Ge
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GeH，由上述方法制备得到。
[0016]一种光电阳极材料，包括上述二维层状异质结Ge
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GeH。
[0017]在本专利技术中，所述光电阳极材料使用1cm
×
2cm尺寸的ITO玻璃作为衬底。
[0018]优选地，所述光电阳极材料还包括导电石墨粉或导电碳黑。导电石墨粉或导电碳黑与二维层状异质结Ge
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GeH的质量比为(1～9)：(1～9)。更优选为(3～5)：(5～7)。
[0019]本专利技术还提供上述光电阳极材料作为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞为参比电极的PEC型光电探测系统。优选地，所述PEC型光电探测系统的电解液为0.5M Na2SO4。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术提供了一种二维层状异质结Ge
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GeH的制备方法，所述方法耗时较短，且制备得到的二维层状异质结Ge
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GeH具有优异的光电响应性能，使用该二维层状异质结Ge
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GeH制备得到的光电阳极在模拟太阳光(光强度60mA/cm2)照射下得到的光响应率高达47.16μA/W，进一步与商业导电碳粉混合后，光响应率可达306μA/W。
附图说明
[0022]图1为实施例1～5所得二维层状异质结Ge
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GeH的XRD图。
[0023]图2为实施例1所得二维层状异质结Ge
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GeH的SEM图。
[0024]图3为实施例1所得二维层状异质结Ge
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GeH的TEM图。
[0025]图4为实施例6～10所述光电阳极作为工作电极组成的PEC型光电测试系统，在0偏压下，模拟太阳光(光强度60mA/cm2)照射下的时间
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电流曲线对比图。
[0026]图5为实施例11～15所述光电阳极作为工作电极组成的PEC型光电测试系统，在0偏压下，模拟太阳光(光强度60mA/cm2)照射下的时间
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电流曲线对比图。
[0027]图6为实施例16～20所述光电阳极作为工作电极组成的PEC型光电测试系统，在0偏压下，模拟太阳光(光强度60mA/cm2)照射下的时间
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电流曲线对比图。
[0028]图7为PEC型光电探测系统的结构示意图。1、2组成工作电极，1表示光电响应材料Ge
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GeH或Ge
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GeH与商业导电材料的混合物，2表示ITO玻璃；3表示铂对电极；4表示饱和甘汞参比电极。
具体实施方式
[0029]为了更清楚、完整的描述本专利技术的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本专利技术，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，可以在本专利技术权利限定的范围内进行各种改变。
[0030]本专利技术所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本
常规试剂、方法和设备。
[0031]导电石墨粉：瑞士特密高导电石墨，型号为KS6；
[0032]导电碳黑：美国卡博特碳黑，型号为Vulcan XC
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72R。
[0033]实施例1
[0034]一种二维层状异质结Ge
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GeH的制备方法，包括如下步骤：
[0035]S1.在惰性气体环境下，将锗单质跟钙单质按质量比1:0.5的比例混合均匀后装入石英管中，真空封管，再将密封的石英管放入马弗炉中高温煅烧，采用以下的温度曲线：(1)以4℃/min的速率加热至1000℃；(2)在1000℃退火24小时；(3)以2℃/min的速率缓慢冷却至500℃；(4)以3℃/min的速率冷却至室温，煅烧之后收集CaGe2晶体；
[0036]S2.将收集的CaGe2晶体转移至圆底烧瓶中，加入30mL浓盐酸，再利用循环水式真
空泵将圆底烧瓶抽至真空状态，并在
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30℃下搅拌反应48h，洗涤悬浮物后获得多层Ge
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GeH，在多层Ge
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GeH中加入乙醇，利用超声波细胞粉碎机处理30min，干燥后即可获得少层的二维层状异质结Ge
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GeH。
[0037]本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维层状异质结Ge
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GeH的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将锗单质和钙单质按比例混合均匀后煅烧，冷却后得到混合物；锗单质与钙单质的质量比为1：(0.4～0.8)；S2.将S1得到的混合物与浓盐酸混合，真空条件下搅拌反应40～55h，洗涤，超声处理，所得即为二维层状异质结Ge
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GeH。2.如权利要求1所述二维层状异质结Ge
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GeH的制备方法，其特征在于，锗单质与钙单质的质量比为1：(0.4～0.6)。3.如权利要求1所述二维层状异质结Ge
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GeH的制备方法，其特征在于，所述煅烧工艺为在真空条件下以3～5℃/min的速率升温至1000～1200℃，保温20～24h。4.如权利要求1所述二维层状异质结Ge
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GeH的制备方法，其特征在于，所述冷却工艺为以1～3℃/min的速率降温至550～450℃，再以2...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗劭娟，吴梓环，招家富，王林杰，邱全源，李泽宇，陆凤连，冯斯桐，欧金法，吴传德，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：