[发明专利]基于共沉积外延生长调控蓝磷表面缺陷种类的方法

说明书

本发明提供了一种基于共沉积外延生长调控蓝磷表面缺陷种类的方法，包括如下步骤：首先对Au衬底进行氩离子刻蚀以及退火处理，去除表面的杂质，得到洁净的Au衬底；然后以黑磷为前驱体，在洁净的Au衬底上分子束外延沉积磷原子，并同时沉积C₆₀分子，得到P+C₆₀/Au；最后对P+C₆₀/Au进行逐步升温退火，得到具有明显缺陷的单层蓝磷表面。本发明制得的蓝磷表面具有合适数量的明显缺陷，缺陷密度高、分散性好、分布均匀，使蓝磷表面具有更多的活性位点，且制备过程简单，无有害物质产生，易于制备，生产效率高，适合大规模制备。

技术领域

本发明属于二维材料的表面缺陷功能以及缺陷的可控制备领域，特别涉及一种基于共沉积外延生长调控蓝磷表面缺陷种类的方法。

背景技术

自2004年Andre Geim等人通过机械剥离的方法成功制得单层石墨烯以来，二维材料获得了广泛的关注和大量的研究，从石墨烯到第四主族的类石墨烯二维材料，过渡金属硫化物，第五主族元素二维材料，以及众多的二元、三元二维材料，二维材料从理论研究逐渐转向制备以及实际应用。二维材料在催化，电化学储能，半导体以及自旋电子器件中有着巨大的应用潜能。但是目前各类二维的物理化学性质已难以满足现如今越来越高的理论与应用需求。在这方面，结合电子和声子结构可以合理地调控二维材料的性质。

半导体材料中的缺陷，如点缺陷，线缺陷等，可以显著影响材料的传输，光学特性，而在低维材料中(如二维材料)，这种改变由于电子波函数更紧密的局域化会变得更加显著。所以在二维材料中引入缺陷，可以改变二维材料的一些固有性质，如使零带隙材料石墨烯打开带隙，改变第五主族磷烯的半导体类型，调整能带结构，提高载流子浓度等。常见的缺陷类型有：空位、掺杂原子、吸附、晶界缺陷等。其中研究较多的是空位缺陷，以石墨烯为例，空位即六元环结构中缺少了一个或多个原子，空位缺陷可以移除石墨烯表面的pz轨道，产生磁矩，引入更多的悬挂键以及不饱和配位原子。而不饱和配位位点经实验证明不仅可以提高态密度，同时也会在费米能级附近产生缺陷态，这两种作用均将提高二维材料的空穴载流子浓度。在石墨烯中，要形成单个空位缺陷需要高达7.5eV的能量，一般使用高能粒子(100-140eV,He+或者Ar+)进行轰击照射，因此想要在二维材料表面得到可控的空位缺陷仍有一定的难度。

掺杂原子缺陷可以有效提高导电性以及改变半导体材料类型，氮原子掺杂进石墨烯的点阵将引起n型导电性，并且，氮掺杂的石墨烯表现出极强的电催化活性，尤其是M-N-C体系(M：Fe,Co,Mi)；由于硼的电负性小于碳，因此掺杂进石墨烯晶格中将引起p型导电性。氢，氧，氟元素在石墨烯表面吸附时，会与石墨烯表面的碳原子成键，使碳原子由sp2杂化转变为sp3杂化，同时去除pz轨道，这一点与空位缺陷产生的效果类似，不同的是，吸附原子后石墨烯表面的对称性不发生变化，并且不会产生不饱和配位原子。当石墨烯表面被氢化时，将会打开一定的带隙，并且双面和单面氢化的石墨烯表现出与氢覆盖度相关的带隙。通过缺陷工程对少层磷烯掺入吸附氧缺陷后，在室温下，在近红外区域可高效地产生新的光发射。