[发明专利]一种二维层状功能化硼掺杂锗烷及制备方法

说明书

本发明公开一种二维层状功能化硼掺杂锗烷及制备方法，将Ca、Ge、B按化学计量比封装在管式炉中进行程序控温得到CaGe_2‑2xB_2x(x＝0.01‑0.05)前驱体，将得到的前驱体与去离子水以及碘甲烷在氩气氛围中避光反应，溶剂为乙腈，室温搅拌7‑14天。然后分别用去离子水以及乙醇洗涤三次，真空干燥后即可得到二维层状功能化硼掺杂锗烷Ge_1‑xB_x‑CH₃(x＝0.01‑0.05)。这种二维材料在光电器件、储能、光催化等方面具有较大的潜在应用。

技术领域

本发明涉及一种功能化掺杂二维层状锗烷的制备，属于二维锗基半导体材料制备技术领域，具体涉及一种二维层状功能化硼掺杂锗烷及制备方法。

背景技术

2004年，石墨烯通过微机械剥离法制得。石墨烯具有超高的电子迁移率，在柔性显示屏、感光元件、复合材料以及新能源电池等方面的应用有了巨大的前景但其零带隙限制了它在等场效应晶体管方面的应用。自石墨烯问世以来，各种新型的二维材料不断涌现。硅烯、锗烯是一种sp²杂化的类石墨烯二维材料，具有极高的载流子迁移率(10⁵cm²V^-1s^-1)和零带隙。研究表明，对通过硅烯、锗烯进行氢化可打开其带隙。氢化锗烯(锗烷)和氢化锗烯(硅烷)带隙分别达到1.56eV和2.3eV。理论研究表明，通过功能化/掺杂、纳米图案化、表面吸附和外加电场等多种方法，可以调控锗烷的带隙，实现其能带结构和载流子传输特性的调控。2014年Jinlong Yang等人通过理论计算证明Si掺杂不仅能够调控锗烷带隙值，还能改变其直接/间接带隙类型。但是目前所报道的锗烷的带隙仍不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二维层状功能化硼掺杂锗烷及制备方法。本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种二维层状功能化硼掺杂锗烷及制备方法，按照下述步骤进行制备：按前驱体摩尔比例在石英管中真空封装Ca、Ge、B三种物质置于真空管式炉中，设定控温程序，自室温在300±20min之内升温至1000—1100摄氏度并维持以熔融，经冷却后得到CaGe_2-2xB_2x(x＝0.01-0.05)前驱体，再将前驱体与去离子水以及碘甲烷在惰性保护气体中避光并进行反应，以去除元素钙，得到二维层状的半导体材料硼掺杂锗烷Ge_1-xB_x-CH₃(x＝0.01-0.05)。

而且，在控温程序中，室温为20—30摄氏度。

而且，真空管式炉中真空度需达到0.1MPa以下。

而且，在控温程序中，在1000—1100摄氏度下维持1800—2500min以进行熔融，优选在1050—1100摄氏度下维持2000—2200min；在冷却中，以5—10℃/min降温至室温。

而且，进行反应后，将得到的产物用去离子水、乙醇分别洗涤三次，室温20—30摄氏度下真空干燥6—8h，得到二维层状的半导体材料功能化硼掺杂锗烷Ge_1-xB_x-CH₃(x＝0.01-0.05)。

而且，在前驱体和去离子水以及碘甲烷进行反应时，选择搅拌速度为200-800r/min，反应时间为150—350小时，优选200—300小时，反应温度为室温20—30摄氏度。

而且，在前驱体和去离子水以及碘甲烷进行反应时，惰性保护气体为氮气、氦气或者氩气。

而且，在前驱体和去离子水以及碘甲烷进行反应时，前驱体与去离子水的摩尔比为1：(5—10)，优选1：(5—8)。