[發(fā)明專利]堿輔助插層在二維半導(dǎo)體Ti3

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010009757.2
• 申請(qǐng)日: 2020-01-06
• 公開（公告）號(hào): CN111111720A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高立國;王寧;閆業(yè)玲;曹俊媚;馬廷麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/22
• 分類號(hào): B01J27/22;B01J35/10
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種堿輔助插層在二維半導(dǎo)體Ti₃C₂O₂合成中的應(yīng)用，通過用堿插層，引入大量?OH，替換Ti₃C₂T_x中的Ti?F鍵，進(jìn)而形成更多的Ti?OH，然后在管式爐中進(jìn)行煅燒，附著在Ti₃C₂T_x表面的?OH在加熱的過程中，通過脫水縮合生成半導(dǎo)體材料Ti₃C₂O₂，從而作為半導(dǎo)體光催化劑用于光伏器件中。本發(fā)明制備過程簡單，能量消耗較少且易于推廣；堿輔助插層后，能夠合成出性質(zhì)優(yōu)異的半導(dǎo)體材料Ti₃C₂O₂，這種具有高比表面，層狀結(jié)構(gòu)，良好的導(dǎo)電性，高透明性的Ti₃C₂O₂的前景是值得期待的，在光伏器件中將會(huì)有廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及堿輔助插層在合成一種二維半導(dǎo)體材料Ti₃C₂O₂中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

自2004年首次報(bào)道石墨烯單層以來，二維材料因其出色的性能而受到廣泛關(guān)注，過渡金屬碳化物，碳氮化物和氮化物(MXenes)是性能非常優(yōu)異的2D材料，MXene的通式為M_n+1X_nT_x(n＝1-3)，其中M是早期過渡金屬(例如Sc，Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo等)，X是C或N，T_x代表表面末端(羥基，氧或氟)(Advanced Materials,2014,26(7):992-1005)。最近的密度泛函理論計(jì)算預(yù)測，MXenes的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)都會(huì)受到表面官能化的強(qiáng)烈影響。(Journal of Materials Chemistry A,2015,3(9):4960-4966.)

Ti₃C₂T_x是80多種不同的已知過渡金屬碳化物，碳氮化物和氮化物之一。它具有優(yōu)異的性能，例如良好的電子導(dǎo)電性、高比表面積、高親水性、高透明性、方便的構(gòu)建基塊等。密度泛函理論計(jì)算預(yù)測：(1)Ti₃C₂O₂是窄帶隙半導(dǎo)體，并且可以改變負(fù)載官能團(tuán)來確定帶隙的改變。(2)Ti₃C₂O₂有成為一種理想的可回收材料的潛力，用于去除室內(nèi)甲醛。同時(shí)，可促進(jìn)較高溫度下甲醛的脫附。(Applied Surface Science,2019,469:770-774.)(3)在鋰硫電池中使用Ti₃C₂O₂，Li₂S的分解勢壘從3.390eV顯著降低至～0.4eV，且Li⁺擴(kuò)散迅速。結(jié)果表明，Ti₃C₂O₂有希望成為S陰極的的主體材料。(ACS nano,2019,13(10):11078-11086.)

但是，很少有實(shí)驗(yàn)報(bào)告表明可以實(shí)現(xiàn)Ti₃C₂O₂的適當(dāng)帶隙。這是因?yàn)樵贖F酸插入后缺少–OH。本發(fā)明采用一種簡便的堿輔助嵌入方法首次合成了帶隙為0.66eV的Ti₃C₂O₂，并且已經(jīng)證明了堿誘導(dǎo)的合成的機(jī)理和顯著作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于公開一種二維半導(dǎo)體材料Ti₃C₂O₂的制備方法以及堿輔助插層在合成過程中發(fā)揮的重要作用。

本發(fā)明的技術(shù)方案：