[发明专利]一种非层状硒化锰纳米片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种非层状硒化锰纳米片及其制备方法，该制备方法包括：将硒粉末置于管式炉的第一温区；将氯化锰粉末和氯化钠粉末混合成混合粉末，而后将其置于管式炉的第二温区；将云母衬底置于混合粉末的上方或管式炉内载气流向的下游；而后向管式炉内通入惰性气体和氢气作为载气，将第一温区的温度升至200～250℃，第二温区的温度升至590～650℃，进行保温反应。以上制备方法工艺简单、易于操作，制备成本低，合成速度快，可通过反应参数的调控实现厚度和形貌可控的大面积非层状硒化锰纳米片的制备，所得非层状硒化锰纳米片在云母衬底上均匀分布。

技术领域

本发明涉及二维非层状材料的制备技术领域，尤其是涉及一种非层状硒化锰纳米片及其制备方法。

背景技术

近年来，二维材料由于其独特的能带结构和光电特性而受到研究人员的广泛关注。除常见的层状二维材料(如石墨烯、二硫化钼等)外，非层状二维材料(层与层之间为共价键相连)也展现出巨大的应用潜力(例如，因表面不饱和的化学键诱导产生的高活性表面，超薄厚度诱导产生的独特电子态等)。然而，由于非层状材料晶体内部不存在层状结构，所有的原子均通过化学键连接，使得其二维结构难以制备，从而限制了相关应用的探索。

化学气相沉积(CVD)是可控制备二维材料的有效技术。最近，一些工作致力于通过CVD法制备二维非层状材料。例如，研究人员尝试在CVD反应中采用表面无悬挂键的特殊衬底，减弱衬底与非层状材料之间的晶格匹配要求，实现了二维非层状材料在此类基底上的生长。此外，研究人员还采用限制扩散区域的方法，使非层状材料的前驱体扩散生长局限在两片紧邻的衬底之间，从而将生长从热力学主导转变为动力学主导，得到超薄的二维非层状材料。尽管二维非层状材料的制备取得了一些进展，但仍然存在晶体在衬底表面分布不均，厚度、形貌、物相结构难以控制的问题。

作为非层状材料中的一员，硒化锰是一种带隙约为2.7eV的p型半导体材料，在电子器件，光电器件、能源等领域有广泛的应用。水热法制备的硒化锰纳米管可被应用于锂离子电池中的负极材料，具有优异的放电能力和循环稳定性。硒化锰纳米材料(如纳米颗粒、纳米花等)还可以应用于超级电容器中，不仅显示出较高的的电容存储和能量密度，还拥有低能耗和环境友好等优势。此外，O’Hara等人在硒化锰单层薄膜中观察到了室温铁磁性，有望将该材料应用于信息存储领域。尽管硒化锰材料的制备取得了一些进展，但二维薄层的硒化锰单晶仍然难以获得，限制了其二维尺度下的特性研究和应用。因此，探索二维非层状硒化锰的可控制备具有重要的意义。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种非层状硒化锰纳米片及其制备方法。

本发明的第一方面，提出了一种非层状硒化锰纳米片的制备方法，包括以下步骤：

S1、将硒粉末置于管式炉的第一温区；将氯化锰粉末和氯化钠粉末混合成混合粉末，将所述混合粉末置于所述管式炉的第二温区；将云母衬底置于所述混合粉末的上方或所述管式炉内载气流向的下游；

S2、向所述管式炉内通入惰性气体和氢气作为载气，将所述第一温区的温度升至200～250℃，所述第二温区的温度升至590～650℃，进行保温反应，制得非层状硒化锰纳米片。其中，非层状是指材料的层与层之间为共价键相连，而非范德瓦耳斯力相连。

根据本发明实施例的非层状硒化锰纳米片的制备方法，至少具有以下有益效果：该制备方法以硒粉末、氯化锰粉末作为前驱体，在其基础上添加辅助剂氯化钠粉末，在特定温度下通过化学气相沉积法在云母衬底上制备二维非层状硒化锰纳米片。通过以上方法以及反应参数的控制，可实现大面积非层状硒化锰纳米片的可控制备，具体可通过反应参数的调控实现厚度可调和形貌可控，所得非层状硒化锰纳米片在云母衬底上均匀分布；且其制备工艺简单，易于操作，制备成本低、速度快。

在本发明的一些实施方式中，所述氯化锰粉末与所述氯化钠粉末的质量比为(3～10):1；优选为8:1。