本技术介绍了一种制备二维铋氧硫材料的方法,涉及关键步骤:S1,制备前驱体,即混合Bi2S3原料;S2,进行硫化处理;S3,氧化处理形成目标材料。该方法可有效制备高性能铋氧硫二维材料。
背景技术
由于具有超薄的厚度、可调谐的能带结构、超大的比表面积及丰富的物理化学性质,二维材料在红外光电探测器、太阳电池、发光二极管等领域得到了广泛的应用和研究。尽管对二维材料进行了大量的研究,但现有的低维材料体系仍不能同时满足合适的带隙、超高迁移率和优异的环境稳定性的要求。因此,探索具有高性能的新材料系统仍然是一个挑战。
作为一种热电材料,铋基氧硫族化合物(Bi2
O2
X,X=S、Se、Te)具有良好的空气稳定性、可调谐的能带结构和高的载流子迁移率等优异性能引起国内外研究者们的广泛关注。通过近几年的研究发展,二维材料Bi2
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Se已经成为高性能电子和光电子应用的范德华二维材料的备选材料,这意味Bi2
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X中其他材料也有巨大的发展潜力,而铋氧硫(Bi2
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S)可能是此类应用的下一个成员。
与Bi2
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Se相比,Bi2
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S有低温合成的可能性,它具有空间群为Pnnm的正交空间结构,其带隙为1.5eV,并且具有有效的电荷解离、高电荷载流子传输特性和长载流子寿命等优点。通过Bi2
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S本身的堆积结构可以预测其具有铁电性以及铁弹性。因此,Bi2
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S为下一代电子和光电器件提供了半导体特性与铁电性/铁电弹性特性的独特组合。
但是目前报道的二维Bi2
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S材料横向尺寸较小,因此,可控生长大面积高质量的二维Bi2
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S材料对于进一步推进对Bi2
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S二维材料的研究与应用具有重要意义。生长高质量二维材料领域最常用的是化学气相沉积法(CVD),但迄今为止,还没有报道采用CVD生长二维Bi2
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S;目前,合成Bi2
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S纳米结构的主流方法有:水热法或者化学浴沉积法,但是该方法获得的镜片外形不规则、尺寸极小甚至不足微米,不便对其进行研究和应用;还有溶液辅助法,但该方法虽然可以获得大面积的Bi2
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S薄膜,但其厚度不均匀、表面粗糙。因此目前而言,生长大面积且厚度均匀的二维Bi2
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S纳米片仍然是一项具有挑战性的任务。
实现思路