[发明专利]一种三元金属原子晶体氢化制备二维材料的方法

说明书

本发明公开一种三元金属原子晶体氢化制备二维材料的方法，将Ga粉、Ge粉和Li片封装于真空石英管中，于充满氩气的真空管式炉中退火得到LiGaGe晶体前驱体，取出前驱体置于管式炉中暴露在Hsubgt;2/subgt;环境中，再次退火得到二维材料前驱体LiGaGeH，用四氟胶带反复撕粘，即可得到二维材料2D‑LiGaGeH。其体相材料具有0.06eV光学带隙，随材料层数的逐渐减少，带隙逐渐增大，在光电器件、光催化等方面具有较大应用前景。

技术领域

本发明属于一种新型二维材料前驱体的氢化制备二维材料，更加具体地说，具体涉及对三元原子晶体LiGaGe进行氢化得到LiGaGeH从而制备二维层状材料的简单方法。

背景技术

继石墨烯之后，有“无机石墨烯”之称的过渡金属硫族化合物(2DLMCs)，基于其优异的光学性能，以及略低于石墨烯的载流子迁移率，在光电子、催化、能源等方面具有巨大的应用潜力，受到研究人员的广泛关注。如近几年，被广泛研究的类石墨烯结构且具有可调控带隙的二维层状过渡金属硫化合物(TMDCs：MoSe₂、WS₂等)，Ⅲ-Ⅳ族化合物(GeS、GeSe等)及其相关的异质结。而相比于二元金属晶体，三元晶体的制备相对更困难，包括难以均匀共熔以及难以确定共熔点等问题，包括其后续的进一步修饰处理等，存在诸多问题，因而相关报道较少。1974年，W Bockelmann等人首次研究了LiGaGe晶体结构，之后2008年，UlrichHaussermann等人通过电弧重熔制备了三元金属前驱体，氢化后得到了四元晶体AeGaEH(Ae：Ca，Sr，Ba；E：Si，Ge，Sn)，并进行了一系列研究。但这些制备方法大都比较复杂，且涉及设备大都比较昂贵。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三元金属原子晶体氢化制备二维材料的方法，针对三元金属前驱体进行氢化，从三元晶体前驱体入手进而简单制备新型二维材料，即从二维材料制备路径出发，采用三元晶体以制备性能更佳的二维材料。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种三元金属原子晶体氢化制备二维材料的方法，按照等摩尔比将Ga、Ge、Li三种金属进行真空封装和处理以得到GaGeLi晶体，由20—25摄氏度在350—450min内升至1000—1100℃并维持1000—1200min再以0.5—3℃/min降温至20—25摄氏度，得到三元金属原子晶体前驱体；将三元金属原子晶体前驱体GaGeLi置于氢气气氛中进行处理得到二维材料前驱体GaGeLiH，自20—25摄氏度以每分钟1—5摄氏度的升温速度升温至200—600摄氏度并保温20—80小时，再自然冷却至室温20—25摄氏度；使用四氟胶带反复撕粘，得到2D-LiGaGeH层状材料。

在上述技术方案中，将Ga、Ge、Li三种金属进行真空封装和处理时，真空度达到0.1MPa以下。

在上述技术方案中，将Ge、Ge、Li三种金属进行真空封装和处理时，由20—25摄氏度在380—400min内升至1000—1050℃并维持1100—1200min再以0.5—1℃/min降温至20—25摄氏度。

在上述技术方案中，将三元金属原子晶体前驱体GaGeLi置于氢气气氛中进行处理得到二维材料前驱体GaGeLiH，自20—25摄氏度以每分钟1—3摄氏度的升温速度升温至400—600摄氏度并保温24—72小时，再自然冷却至室温20—25摄氏度。

在上述技术方案中，将三元金属原子晶体前驱体GaGeLi置于氢气气氛中进行处理时，真空度为50—100bar，优选60—80bar。