[发明专利]碱辅助插层在二维半导体Ti3

说明书

本发明属于半导体材料技术领域，公开了一种碱辅助插层在二维半导体Ti₃C₂O₂合成中的应用，通过用碱插层，引入大量‑OH，替换Ti₃C₂T_x中的Ti‑F键，进而形成更多的Ti‑OH，然后在管式炉中进行煅烧，附着在Ti₃C₂T_x表面的‑OH在加热的过程中，通过脱水缩合生成半导体材料Ti₃C₂O₂，从而作为半导体光催化剂用于光伏器件中。本发明制备过程简单，能量消耗较少且易于推广；碱辅助插层后，能够合成出性质优异的半导体材料Ti₃C₂O₂，这种具有高比表面，层状结构，良好的导电性，高透明性的Ti₃C₂O₂的前景是值得期待的，在光伏器件中将会有广泛的应用。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，特别涉及碱辅助插层在合成一种二维半导体材料Ti₃C₂O₂中的应用。

背景技术

自2004年首次报道石墨烯单层以来，二维材料因其出色的性能而受到广泛关注，过渡金属碳化物，碳氮化物和氮化物(MXenes)是性能非常优异的2D材料，MXene的通式为M_n+1X_nT_x(n＝1-3)，其中M是早期过渡金属(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(羟基，氧或氟)(Advanced Materials,2014,26(7):992-1005)。最近的密度泛函理论计算预测，MXenes的结构和电子性质都会受到表面官能化的强烈影响。(Journal of Materials Chemistry A,2015,3(9):4960-4966.)

Ti₃C₂T_x是80多种不同的已知过渡金属碳化物，碳氮化物和氮化物之一。它具有优异的性能，例如良好的电子导电性、高比表面积、高亲水性、高透明性、方便的构建基块等。密度泛函理论计算预测：(1)Ti₃C₂O₂是窄带隙半导体，并且可以改变负载官能团来确定带隙的改变。(2)Ti₃C₂O₂有成为一种理想的可回收材料的潜力，用于去除室内甲醛。同时，可促进较高温度下甲醛的脱附。(Applied Surface Science,2019,469:770-774.)(3)在锂硫电池中使用Ti₃C₂O₂，Li₂S的分解势垒从3.390eV显着降低至～0.4eV，且Li⁺扩散迅速。结果表明，Ti₃C₂O₂有希望成为S阴极的的主体材料。(ACS nano,2019,13(10):11078-11086.)

但是，很少有实验报告表明可以实现Ti₃C₂O₂的适当带隙。这是因为在HF酸插入后缺少–OH。本发明采用一种简便的碱辅助嵌入方法首次合成了带隙为0.66eV的Ti₃C₂O₂，并且已经证明了碱诱导的合成的机理和显著作用。

发明内容

本发明的目的在于公开一种二维半导体材料Ti₃C₂O₂的制备方法以及碱辅助插层在合成过程中发挥的重要作用。

本发明的技术方案：