纳米花结构的钛掺杂二硒化铪及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米花结构的钛掺杂二硒化铪及其制备方法，该方法工艺简单，重复性好，极大的缩短了反应时间，节约了能源，适合大规模生产。此外，本发明专利技术所生长的纳米花结构，在每个片层表面生长出其它片层，使钛掺杂二硒化铪具有较大的比表面积，可以提供更多的吸附位点，有利于二氧化碳、二氧化硫等气体的吸附，应用于气体传感、环境监测等领域可提高吸附效率和缩短响应时间。和缩短响应时间。和缩短响应时间。

【技术实现步骤摘要】
纳米花结构的钛掺杂二硒化铪及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种纳米花结构的钛掺杂二硒化铪及其制备方法。

技术介绍

[0002]温室效应和空气污染不仅对生态环境造成严重破坏，还对人们的身心健康也产生深远的影响。这些环境问题大多是由二氧化碳等温室气体和一氧化碳、二氧化硫等有毒气体引起的。选择合适的材料来检测和捕获有害气体成为当前研究的热门。研究发现二维过渡金属硫族化合物具有可随材料厚度调变的带隙，通过气体分子与材料层间吸附作用改变其电子和光学性质，使其在气体传感中展现出良好的灵敏度和选择性。与此同时这类材料具有较大的比表面积可提供丰富的活性位点，在其表面高度暴露的原子为通过表面修饰和掺杂替位等方法增强其传感及吸附性能提供了便利条件，使其成为传感和能量转换领域的理想吸附材料。
[0003]二硒化铪是一种功函数大、载流子迁移率高的窄带隙半导体，这使其在纳米电子学和光电子学领域得到广泛应用。与其他过渡族金属硫族化合物相比，二硒化铪与氧和水分子相互作用时活跃，对周围环境具有较强的敏感性，适合用于气敏领域的应用。掺杂过渡金属被认为是改善材料电子性能的有效途径，进而有效改善材料对气体的吸附性能。钛常用于纳米材料的表面掺杂以改善其性能，Shuangshuang Tian等人的研究中理论计算结果显示，钛掺杂二硒化铪具有作为二氧化碳传感器气敏材料的潜力，在常温条件下响应恢复时间短，满足气体传感器的实际应用需求，且对氧化亚氮具有优异的吸附性能和较长的响应恢复时间，是氧化亚氮的优选吸附剂(参考文献：Yingxiang Wang,Benli Liu,Rengcun Fang,et al.Adsorption and Sensing ofCO2,CH
4 and N2O Molecules by Ti
‑
Doped HfSe
2 Monolayer Based on the First
‑
Principle.Chemosensors,2022,10,414.)。
[0004]目前，Taguchi I.通过化学气相输运法成功制备了钛掺杂二硒化铪：按照元素化学计量比将金属前驱体粉末以及过量的硒粉放入一密闭的石英管中，加热至600℃，加热时间为96h；随后将粉末置于玛瑙研钵中研磨，添加过量的硒粉重新密封，再次加热到600℃，持续加热96h；粉末样品再次研磨并压成颗粒，添加过量的硒粉重新密封，再次加热到800℃，持续加热120h.，使样品颗粒大小变得均匀；颗粒样品再次添加过量的硒粉重新密封，再次加热到630℃，采用碘蒸汽输运，即获得钛掺杂的二硒化铪单晶材料。(参考文献：Taguchi I.Electrical Resistivity and the phase transition temperatures of Ti1‑
x
Hf
x
Se
2 mixed crystals.Solid State Communications,1979,32,679
‑
681.)。
[0005]通过上述方法制备的钛掺杂二硒化铪为块体材料，并且制备周期长，致密的堆叠结构导致块体材料的比表面积小等问题，限制了其在气敏传感领域的实际应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的
一个目的在于提出一种纳米花结构的钛掺杂二硒化铪及其制备方法，该方法工艺简单，重复性好，极大的缩短了反应时间，节约了能源，适合大规模生产。此外，本专利技术所生长的纳米花结构，在每个片层表面生长出其它片层，使钛掺杂二硒化铪具有较大的比表面积，可以提供更多的吸附位点，有利于二氧化碳、二氧化硫等气体的吸附，应用于气体传感、环境监测等领域可提高吸附效率和缩短响应时间。
[0007]在本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种制备纳米花结构的钛掺杂二硒化铪的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0008](1)将二氧化铪粉末、二氧化钛粉末和碱金属盐粉末混合，以便得到金属前驱体源；
[0009](2)将所述金属前驱体源转移至第一刚玉舟中，将生长衬底放置于所述金属前驱体源的上方，将所述第一刚玉舟放置于管式炉的中心温区；
[0010](3)将硒源加入第二刚玉舟中，将所述第二刚玉舟放置于所述管式炉进气口端；
[0011](4)将所述金属前驱体源和所述硒源在所述管式炉中发生化学气相沉积反应，以便得到纳米花结构的钛掺杂二硒化铪。
[0012]根据本专利技术实施例的制备纳米花结构的钛掺杂二硒化铪的方法，首先将二氧化铪粉末、二氧化钛粉末和碱金属盐粉末混合，碱金属盐的加入可以显著降低金属氧化物粉末的熔点，促进其蒸发参与反应；再将金属前驱体源转移至第一刚玉舟中，将生长衬底放置于金属前驱体源的上方，随后将该刚玉舟放置于管式炉的中心温区；然后将硒源转移至第二刚玉舟中，将其放置于管式炉进气口端；最后金属前驱体源和硒源发生化学气相沉积反应，该过程中，随着管式炉逐渐升温，金属前驱体源会逐渐蒸发和扩散，硒原子在混合载气的输送作用下迁移到生长衬底处，生长衬底表面吸附的钛原子、铪原子和硒原子相互迁移并发生反应，进而形成晶核，随着金属前驱体源和硒源的不断供应，最终生长为纳米花结构的钛掺杂二硒化铪。由此，该方法工艺简单，重复性好，极大的缩短了反应时间，节约了能源，适合大规模生产。此外，本专利技术所生长的纳米花结构，在每个片层表面生长出其它片层，使钛掺杂二硒化铪具有较大的比表面积，可以提供更多的吸附位点，有利于二氧化碳、二氧化硫等气体的吸附，应用于气体传感、环境监测等领域可提高吸附效率和缩短响应时间。
[0013]另外，根据本专利技术上述实施例的得制备纳米花结构的钛掺杂二硒化铪的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0014]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述二氧化铪粉末、所述二氧化钛粉末和所述碱金属盐粉末混合的质量比为(5～30)：(5～30)：(1～10)。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述碱金属盐包括氯化钠和/或氯化锂。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，对所述生长衬底进行预处理，所述预处理包括：将所述生长衬底先后置于丙酮、异丙醇和去离子水中超声清洗10～30min，超声功率范围在45～100W，然后用氮气吹干。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述生长衬底包括二氧化硅/硅晶圆、蓝宝石、水晶、石英和云母中的至少之一。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，所述金属前驱体源和所述硒源的质量比为(10～50)：(50～500)。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，控制所述化学气相沉积反应的条件包
括：
[0020](a)常温下向所述管式炉通入100～300sccm的氩气10～60min；
[0021](b)在100～300sccm的氩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备纳米花结构的钛掺杂二硒化铪的方法，其特征在于，包括：(1)将二氧化铪粉末、二氧化钛粉末和碱金属盐粉末混合，以便得到金属前驱体源；(2)将所述金属前驱体源转移至第一刚玉舟中，将生长衬底放置于所述金属前驱体源的上方，将所述第一刚玉舟放置于管式炉的中心温区；(3)将硒源加入第二刚玉舟中，将所述第二刚玉舟放置于所述管式炉进气口端；(4)将所述金属前驱体源和所述硒源在所述管式炉中发生化学气相沉积反应，以便得到纳米花结构的钛掺杂二硒化铪。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述二氧化铪粉末、所述二氧化钛粉末和所述碱金属盐粉末混合的质量比为(5～30)：(5～30)：(1～10)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述碱金属盐包括氯化钠和/或氯化锂。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，对所述生长衬底进行预处理，所述预处理包括：将所述生长衬底先后置于丙酮、异丙醇和去离子水中超声清洗10～30min，超声功率范围在45～100W，然后用氮气吹干。5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述生长衬底包括二氧化硅/硅晶圆、蓝宝石、水晶、石英和云...

【专利技术属性】
技术研发人员：安博星，肖永厚，李玉善，刘旭，梁正奇，
申请(专利权)人：大连理工大学盘锦产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：