[发明专利]一种空穴缺陷掺杂的二维二硫化钨/一水合三氧化钨异质结的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于二维层状材料缺陷工程制备技术领域，具体涉及了一种空穴缺陷掺杂的二维二硫化钨/一水合三氧化钨异质结的制备方法。

背景技术

缺陷工程是调节材料电子结构性能的最有效的方式之一，使得其在半导体材料应用方面起到重要作用。近年来，人们在半导体材料缺陷结构的制备方面取得了一定的进展，主要是通过前躯体溶液水热之后进行高温煅烧获得有缺陷结构引入的材料（如Wang, H. et al. Angew. Chem. 2015, 127, 1211-1215; Sun, Y. F. et al. Chem. Soc. Rev.2015, 44, 623-636; Pan, X. Y. et al. Nanoscale 2013, 5, 3601-3614.）。但是，寻求低成本、条件温和、可控且规模化的制备方法仍旧是一个巨大挑战。

超临界流体具有许多常规溶剂无法比拟的优点，被视为传统有机溶剂的替代溶剂。在临界点附近，液体的密度、介电常数、扩散系数、溶解性能等物理性质参数随压力、温度变化非常敏感，因此可以方便地通过控制压力和温度来调节流体的性质。此外，其不仅具有液体的密度、介电常数和溶解能力，同时还具有与气体相近似的粘度、扩散系数和较好的流动与传递能力。其中超临界二氧化碳由于其临界温度和临界压力较低、无毒不燃、便宜易得、环境友好等特性被广泛研究。到目前为止，已有研究者利用超临界流体的特性来插层剥离紧密堆砌的层状材料（Xu, S. et al. Chem. Mater. 2015, 27, 3262; Zhou, P. Sh. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 15226-15230.）。然而，到目前为止，尚未有利用超临界流体的特性来构筑材料缺陷结构的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种空穴缺陷掺杂的二维二硫化钨/一水合三氧化钨异质结的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种空穴缺陷掺杂的二维二硫化钨/一水合三氧化钨异质结的制备方法，其特征在于，将100-200质量份的二硫化钨分散于10-20体积份的水或乙醇溶液中得到分散液，然后将所述分散液进行冷水浴超声，取上层液置于超临界二氧化碳反应装置中，在40-100℃、8-20 MPa下搅拌反应2-8 h，反应结束后卸压至常压，即得到有空穴缺陷掺杂的二维二硫化钨/一水合三氧化钨异质结；上述质量份以mg计时，体积份以ml计。

优选的，所述的冷水浴超声在不高于25℃下进行，超声2-5h，离心取上层液。

所述乙醇可以为任意体积浓度的乙醇。

采用不高于25℃的冷水浴超声将二硫化钨分散于水或乙醇中。

离心分离取上层液时，离心速率为5000-12000 rpm/min。

将上层液置于反应装置后，向反应装置中通入二氧化碳的流速为25 ml/min。

上层液在超临界二氧化碳反应装置中，优选在80℃、16 MPa下搅拌反应6 h。

反应结束后，在1 h内卸压至常压。

目前，制备缺陷掺杂的产品的方法有化学气相传输法、化学气相沉积法以及材料合成后的后处理，包括离子/电子辐射、等离子体处理和在不同气氛下进行高温退火处理等都会在材料中引入缺陷。本发明提供了一种基于超临界二氧化碳辅助制备空穴缺陷掺杂的二维二硫化钨/一水合三氧化钨异质结的方法。本发明是在水/乙醇和超临界二氧化碳中的两者或三者之间的作用下实现了对二硫化钨有效的剥离。由于超临界二氧化碳的高扩散性和低表面张力等特性使其能够作为渗透剂和膨胀剂进入二硫化钨的层间，剥离制备得到单层或少层的二硫化钨。在空气中氧气的存在下，单层二硫化钨可被氧化生成一水合三氧化钨。原子级别厚度的纳米片及超临界条件下H₃O⁺的存在使得一水合三氧化钨的表面被刻蚀形成空穴缺陷。