[发明专利]一种实现p型层状碲化镓纳米片自组装纳米花的可控制备方法

说明书

本发明公开了一种常压可控制备大面积p型层状GaTe纳米片自组装纳米花的方法，其工艺步骤如下：a)在蓝宝石衬底上制备一层形状为纳米花的ZnO薄膜，作为GaTe生长过程中的种子层；b)将准备好的前驱体样品放入管式炉中，在常压、高纯氩气的环境中生长GaTe；c)使用扫描隧道显微镜、拉曼、光致发光、原子力显微镜、透射电镜等表征手段测试所合成材料。所述GaTe镓的形貌由ZnO的形貌和生长条件如时间长短、氩气流量、温度等控制，而ZnO纳米花的制备通过调节气流量和温度等条件来控制。本发明高效而且合成可控，制备得到的GaTe/ZnO纳米花异质结结构有明显的pn结整流效应，可用于光电催化产氢等应用，此外对于GaTe这种新型二维材料的生长也提供了借鉴之用。

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备领域，具体涉及一种实现p型层状GaTe纳米片自组装成纳米花的可控制备方法。

背景技术

II-VI族直接带隙半导体氧化锌(ZnO)是六角纤锌矿结构，其禁带宽度为3.37eV，室温的激子结合能高达60meV，远大于室温热能(26meV)，作为半导体紫外激光器的重要材料，成为继GaN之后短波长半导体激光材料与器件研究中新的热点。

此外，ZnO材料在纳米尺度下具有独特的光学、电学以及声学性能，且当下氧化锌的制备技术已经非常成熟，所以很大一部分研究者对氧化锌和其它优秀的纳米材料的复合材料感兴趣。另一方面，石墨烯是一种单原子层的二维材料，自被发现至今一直受到科学界和产业界的广泛关注。不仅因为它突破了传统观念，是第一个真正意义上的二维材料，更在于它拥有许多奇特的物理化学性质。例如石墨烯属于零带隙的半金属材料，在费米面附近具有狄拉克锥状能带结构，因而拥有超高室温载流子迁徙率(15000cm^-2v^-1s^-1)。但这是一把双刃剑，零带隙狄拉克锥能带结构带来的超高载流子迁移率使石墨烯在光电器件大放异彩，也正是因为石墨烯缺少带隙，使它在场效应晶体管领域很难有大的作为。

作为一类新的类石墨烯二维材料，过度金属硫化物的随着层数的减少从间接带隙变为直接带隙的半导体材料，很好的弥补了石墨烯没有能带的缺点，其优秀的半导体性质显示出巨大的应用潜力。例如，大边发射对应可见波段，这使其可以很好的应用到光电催化方面。因此，半导体过渡金属多的过度金属硫化物的带硫化物及其异质结结构在下一代光电器件中潜力无穷。

GaTe作为一种新型的P型硫化物，其具有较高的空穴密度(6×10¹²cm^-2)，和其它的过渡金属硫化物不一样，它的体材料和原子层材料在常温下都是直接带隙的(1.65eV)。碲化镓属于单斜晶系(C₂/m空间群)，六方相是其亚稳态相。同其它二维材料一样，GaTe层内原子通过共价键结合，而层间则以较弱的范德瓦尔斯力结合，它的层状由Te-Ga-Ga-Te沿着c轴组成。合适的能带宽度使其在太阳能窗口材料和室温辐射探测等方面都有潜在应用，但因其晶体结构较为复杂，这使得GaTe的结构研究仍待深入，其可控合成仍然是一个亟待解决的科学问题。因此，有必要对GaTe的纳米材料和其异质结结构进行相关研究，这将是制造高效有用的GaTe光电器件的关键。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种常压可控制备GaTe/ZnO异质结纳米花的方法，其在生长过程中可有效可控的控制GaTe的形貌。本发明所要解决的问题是克服GaTe纳米材料的难以可控制备问题。

本发明提供一种利用上述方法制备的ZnO\GaTe异质结材料对水进行光电全水解的应用，克服光电催化过程中光生电子空穴易复合的不足。

本发明是通过以下的技术方案实现的。

一种实现p型层状碲化镓纳米片自组装纳米花的可控制备方法，包括以下工艺：

a)蓝宝石片子和石英舟清洗。