[发明专利]一种二维层状硼掺杂锗烷及其制备方法

说明书

本发明公开一种二维层状硼掺杂锗烷及其制备方法，将Ca、Ge、B按一定的化学计量比封装在在管式炉中进行程序控温得到CaGe_2‑2xB_2x(x＝0.01‑0.05)前驱体，将得到的前驱体与盐酸在低温下进行反应，即可得到二维层状的半导体材料硼掺杂锗烷HGe_1‑xB_x(x＝0.01‑0.05)。这种二维材料在光电器件、储能、光催化等方面具有较大的潜在应用。

技术领域

本发明涉及一种掺杂二维层状锗烷的制备，属于二维锗基半导体材料制备技术领域，具体涉及一种二维层状硼掺杂锗烷及制备方法。

背景技术

自2004年石墨烯问世以来，各种新型的二维材料不断涌现，在光电器件、光催化、储能等领域具有非常大的应用潜力。石墨烯具有超高的电子迁移率，但其零带隙限制了它在等场效应晶体管方面的应用。过渡金属硫化物如MoS₂、WS₂等，具有合适的带隙，开关比可达10⁷，但其电子迁移率不高。硅烯、锗烯是具有极高的载流子迁移率(10⁵cm²V^-1s^-1)、零带隙的类石墨烯二维材料，通过氢化可进一步打开其带隙。研究表明，氢化锗烯(锗烷)和氢化锗烯(硅烷)带隙分别达到1.56eV和2.3eV。对锗烷和硅烷进行掺杂和功能化可进一步调节其带隙，从而调控其电子性质和光学特性。2014年，Maxx Q.Arguilla等通过Sn掺杂制备了锗烷，随Sn掺杂量的增加，锗烷带隙由1.59eV降低至1.38eV。目前所见报道的功能化锗烷的带隙仍较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二维层状硼掺杂锗烷及其制备方法，B作为一种非金属单质，掺杂的锗烷有望大大打开带隙，使其具有良好的电学性能和光学性能，值得进一步研究，这种二维材料在光电器件、储能、光催化等方面具有较大的潜在应用。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种二维层状硼掺杂锗烷及其制备方法，按照下述步骤进行制备：按前驱体摩尔比例在石英管中真空封装Ca、Ge、B三种物质置于真空管式炉中，设定控温程序，自室温在300±20min之内升温至1000—1100摄氏度并维持以熔融，经冷却后得到CaGe_2-2xB_2x(x＝0.01-0.05)前驱体，再将前驱体与过量盐酸在零下35—零下45摄氏度下进行反应，以去除元素钙，得到二维层状的半导体材料硼掺杂锗烷HGe_1-xB_x(x＝0.01-0.05)。

而且，在控温程序中，室温为20—30摄氏度。

而且，真空管式炉中真空度需达到0.1MPa以下。

而且，在控温程序中，在1000—1100摄氏度下维持1800—2500min以进行熔融，优选在1050—1100摄氏度下维持2000—2200min；在冷却中，以5—10℃/min降温至室温。

而且，前驱体与过量盐酸进行反应时，选择搅拌速度为200-800r/min，反应时间为150—350小时，优选200—300小时。

而且，前驱体与过量盐酸进行反应后，将得到的产物用去离子水、乙醇分别洗涤三次，室温20—30摄氏度下真空干燥6—8h，得到二维层状的半导体材料硼掺杂锗烷HGe_1-xB_x(x＝0.01-0.05)。

而且，前驱体与过量盐酸进行反应时，相对于前驱体中钙元素用量，盐酸的用量为过量，以完全去除元素钙。

而且，使用盐酸为质量百分数30—35wt％的浓盐酸(氯化氢的水溶液)。