[发明专利]二维石墨炔纳米片的制备方法及工作电极和光电探测器

说明书

本发明提供了一种二维石墨炔纳米片的制备方法，包括以下步骤：提供石墨炔的乙醇分散液，将所述石墨炔的乙醇分散液转移至2～15℃条件下超声1～7天，将超声后的石墨炔的乙醇分散液使用逐步离心的方法进行分离，收集5,000～8,000r/min下得到的石墨炔纳米片、干燥，制得二维石墨炔纳米片。本发明二维石墨炔纳米片的制备方法制备出的二维石墨炔纳米片为超薄石墨炔纳米片，厚度能够达到0.46nm，制备超薄石墨炔纳米过程简单、快速，石墨炔纳米片的厚度可控，也容易实现石墨炔纳米片大规模制备。本发明还提供了一种工作电极及其制备方法，本发明还提供了一种光电探测器。

技术领域

本发明涉及二维纳米材料及其应用领域，具体涉及一种二维石墨炔纳米片的制备方法，更具体地说，涉及一种超薄石墨炔纳米片的制备方法；本发明还涉及包括上述超薄石墨炔纳米片的工作电极以及包括上述工作电极的光电探测器。

背景技术

在过去的二十年中，科研对二维(2D)范德华材料(vdWM)进行了广泛的探索，例如过渡金属二卤化碳(TMD)，黑磷(BP)，和石墨烯。2D vdWM具有丰富的异常光电特性，广泛应用于传感、催化、能量存储和光电探测等领域。其中，石墨烯是目前研究最多的2D vdWM。石墨烯具有极高的载流子迁移率(～10⁵cm² V^-1s^-1)，但是，石墨烯缺乏带隙的缺陷极大地限制了其应用。TMDs的厚度减小到单层时显示出直接的带隙，但是相对较宽的带隙和较低的载流子迁移率(～200 cm² V^-1s^-1)阻碍了它们在可见区域的应用。BP具有可调节的带隙(0.3～2.0eV) 和适度的载流子迁移率(～10³cm² V^-1s^-1)，然而，基于BP的器件通常存在环境稳定性差的问题。

近年来，光电化学(PEC)型器件已被证明是一种有效的收集太阳能并将其转换为电的方法，并且由于其成本低，制造工艺简单，环境友好且原料丰富而备受人们的青睐。但是，目前PEC型探测器主要基于刚性ITO涂层玻璃衬底，这阻碍了柔性PEC型光电检测的发展。开发出一种能够有效克服上述各种材料的缺陷，兼具各种材料的有点的新型二维材料并将其应用于柔性光探测技术领域，成为目前生产研究的一大难点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种二维石墨炔纳米片的制备方法，以解决现有的制备方法难以有效、批量制备二维石墨炔纳米片的缺陷。本发明还提供了一种工作电极、该工作电极的制备方法以及光电探测器，以解决现有的传感材料以及对应的光电传感器存在的无法同时具备高载流子迁移率、合适的带隙、柔性等缺陷。

石墨炔(GDY)是继富勒烯，碳纳米管和石墨烯之后出现的一种全碳纳米结构材料，自其通过原位交叉偶联法成功进行大规模制备以来，引起了人们的极大兴趣。石墨炔与石墨烯及其他2D vdWM相比，GDY具有高载流子迁移率(～10⁴cm² V^-1s^-1)的天然带隙，这为GDY用作光电探测器(PD)提供了巨大优势。GDY包含丰富的碳化学键(sp和sp²碳原子)，高度共轭的2D平面系统、宽的晶面间距和出色的化学稳定性，为构造柔性GDY光电探测器提供了机会。

第一方面，本发明提供了一种二维石墨炔纳米片的制备方法，包括以下步骤：

提供石墨炔的乙醇分散液，将所述石墨炔的乙醇分散液转移至2～15℃条件下超声1～7天，将超声后的石墨炔的乙醇分散液使用逐步离心的方法进行分离，收集5,000～8,000r/min下得到的石墨炔纳米片、干燥，制得二维石墨炔纳米片。

优选的，所述石墨炔的乙醇分散液采用如下方法制备：提供石墨炔块体粉末分散在乙醇中，所述石墨炔块体粉末的质量与乙醇的质量之比为1:16～400，制得石墨炔的乙醇初级分散液；