[发明专利]一种带隙可调的单层p型硼掺杂的石墨烯纳米片的制备方法

说明书

本发明公开了一种带隙可调的单层p型硼掺杂的石墨烯纳米片的制备方法，该方法以羧酸盐、硼酸盐和碳酸盐为原料。包括以下步骤：(1)将羧酸盐、硼酸盐和碳酸盐化合物按照摩尔比例为0.001:0.001:100～100:100:0.001混合研磨均匀；(2)将步骤(1)中得到的混合物在惰性气体氛围下煅烧；(3)将步骤(2)中所得的产物依次使用稀盐酸、蒸馏水和乙醇洗涤数次，随后将得到的产物干燥得到单层p型硼掺杂的石墨烯纳米片。本发明的突出优点是：合成原料价格便宜，合成步骤简单快捷，合成过程绿色环保，制备得到的样品具有可调的光学带隙，在光学及电学器件方面具有极大的潜在应用。

技术领域

本发明属于二维功能材料杂原子掺杂的石墨烯的合成技术领域，具体涉及一种单层p型硼掺杂的石墨烯纳米片的制备方法，并通过调节硼的掺杂量对材料的带隙进行可控的调节。

背景技术

光电器件的制备应用是当前研究的热门话题，越来越多的二维纳米材料成为光电器件制备的热门候选，调节二维纳米材料的带隙对器件的性能起着非常重要的作用。其中，石墨烯是一种由碳原子构成的特殊二维纳米片材料，具有蜂窝状结构和一些独特的性能，其光学、热学、电学和机械性能都很优异，这些特性使其成为光电器件的优良候选材料。但是，石墨烯是零带隙的导体，这对于它应用于光电器件是非常不利的，因此，调节石墨烯材料的带隙对其在光电器件方面起着至关重要的作用。缺乏合适的带隙是限制石墨烯材料在器件中应用的主要障碍，因此基于石墨烯材料的发展取决于是否能够实现石墨烯带隙的可控调节。目前，许多方法可用于调节石墨烯的带隙，例如化学官能化，电场效应，在衬底上沉积石墨烯，水分子吸附，金属电极与石墨烯接触和掺杂杂原子等方法。然而，利用基底沉积石墨烯和电场效应的方法来调节石墨烯的带隙特别复杂，化学官能化和水分子的吸附的方法应用条件非常苛刻，在使用与石墨烯接触的方法中的金属电极对环境污染严重。相对而言，使用掺杂杂原子的方法调控石墨烯带隙条件可控，简单易行。因此，寻求绿色有效的杂原子掺杂的石墨烯来改善其在光电器件中的应用是势在必行的。杂原子具有缺电子或富电子性质，它们可以通过打开带隙来改变石墨烯材料的光电性质。然而，目前关于石墨烯掺杂虽然从理论上容易实现，但实验上没有有效实现，特别是针对于实验中的p型石墨烯掺杂，更是没有有效实现。在各种材料中，硼元素具有非常好的缺电子特性，特别适用于杂原子掺杂石墨烯方法调控石墨烯的带隙，合成得到的硼掺杂石墨烯的p型掺杂特性可由霍尔效应测试证实。硼掺杂石墨烯可以通过调节石墨烯中硼的含量使其具有合适的带隙，因此来制造高性能的光学及电学器件，从而改善其性能。硼掺杂石墨烯半导体材料具有带隙可调、多空穴性、电荷载流子浓度高、电荷载流子迁移率高、比表面积高等优点，非常适用于光学及电学器件的制备，从而应用于解决能源危机。

发明内容

本发明的目的是解决单层石墨烯零带隙不易调节的技术问题，提供了一种简单的制备带隙可调的单层p型硼掺杂石墨烯纳米片的一锅合成方法。该制备方法采用一种新的原料及配比，制备原料价格便宜、步骤简单快捷、过程绿色环保，且产物具有可调的光学带隙，具有良好的光电性能。

本发明的目的可以通过以下方案实现：

一种带隙可调的单层p型硼掺杂的石墨烯纳米片的制备方法，包括如下步骤:

(1)将羧酸盐化合物，硼酸盐化合物和碳酸盐化合物按照摩尔比例为0.001:0.001:100～100:100:0.001混合研磨均匀；

(2)将步骤(1)中研磨制得的混合物放入管式炉中，在惰性气体氛围下设置升温速率为0～20℃/min时于200～3200℃条件下煅烧0～3000min，煅烧完毕后，在惰性气体氛围下自然冷却至室温；

(3)将步骤(2)中所得的产物依次使用0.01～5mol/L稀盐酸、蒸馏水和乙醇洗涤数次以除去多余的盐类化合物，随后将得到的产物干燥得到单层p型硼掺杂的石墨烯纳米片。