[發明專利]一種單層交替堆垛的g-C3

有效

• 申請號: 201910333825.8
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110745792B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 甘小榮
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: C01B21/082
• 分類號: C01B21/082;C01G39/06;C01B32/19;C01G41/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種單層交替堆垛的g?C₃N₄基二維超晶格的制備方法，屬于材料合成領域。本發明基于溶劑熱產生驅動力促使g?C₃N₄的前驅體分子進入層狀塊體材料的層間隙，并在惰性氣氛下低溫煅燒聚合形成單層交替堆垛的g?C₃N₄基二維超晶格。本發明解決了目前二維范德華異質結或者超晶格合成方法的高能耗、可控性差、合成步驟繁瑣等問題；實現了二維晶格材料的層結構的精準調控，主要包括層厚度、層順序、晶體質量。該方法的合成工藝簡單，無繁瑣的后處理步驟。本發明方法合成的單層交替堆垛的g?C₃N₄基二維超晶格材料可廣泛用于物理材料等基礎研究領域和能源、環境、醫療等應用領域。

技術領域

本發明涉及一種單層交替堆垛的g-C₃N₄基二維超晶格制備方法，屬于材料合成技術領域。

背景技術

由于量子限域效應，二維超薄納米材料具有不同于其塊體材料的、獨特的物理、化學和電子性質。例如隨著層數降低，電子結構從間接帶隙的半導體變成直接帶隙的半導體，與此同時帶隙變大、大量的原子都暴露在表面。材料維度的變化對材料的表面性質、光電性質都有巨大的影響，比如光透明性增強、表面缺陷濃度增加、催化活性變高。隨著石墨烯的發現，二維材料在基礎研究領域、環境和能源等應用領域獲得最廣泛和持續的關注。目前已成功合成的二維層狀納米材料多達數十種，主要包括：石墨烯家族(石墨烯、hBN、石墨烯氧化物等)、過渡金屬硫化物(MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂等)、金屬氧化物(TiO₂、MoO₃、WO₃等)、其他層狀材料(X. R. Gan, H. M. Zhao, R. Schirhagl, X. Quan. Two-dimensionalnanomaterial based sensors for heavy metal ions. Microchimica Acta. 2018,185:1-30)。

與單組分的二維層狀納米材料相比，二維納米復合材料在結構和性能上更勝一籌，這主要源于不同材料間會產生協同效果，即不同材料直接復合，不僅彌補了各自的缺點，而且產生了新的特性。根據維度組合劃分，二維(2D)納米復合材料主要包括0D/2D，1D/2D和2D/2D復合材料。對于半導體復合材料構成的器件，其特性由界面性質決定，因此2D/2D復合材料在諸多基礎研究或應用領域受到關注，比如電子關聯現象(Bose-Einstein凝聚現象)，光電催化產能、儲能、污染物的降解和檢測等。單層交替堆垛的2D/2D超晶格是一種特殊的范德華異質結，這種復合材料具有多樣性和界面復合簡單(無需滿足晶格匹配生長原則)，使得2D/2D超晶格材料在結構、功能和應用上具有巨大的可塑性和廣泛的應用前景。然而，單層交替堆垛的2D/2D超晶格的可控制備仍然沒有找到有效的解決方案，合成的二維復合材料主要是多層/多層復合結構或者厚度為兩層(單層/單層)的范德華異質結(A. K.Geim and I. V. Grigorieva. Van der Waals heterostructures. Nature. 2013, 499:419-425)。