[发明专利]基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料及制备方法，该材料由二硫化钼均匀生长在碳化钒表面构成。与现有技术相比，本发明中碳化钒和二硫化钨的异质结是通过使用两者之间的范德华力堆叠制备的；通过二者之间协同作用，增强杂化材料的三阶非线性系数；在本发明中，基于两者之间的相互作用力，二硫化钼纳米片均匀生长在具有三维互连网络微结构的碳化钒表面；而扫描电子显微镜光谱证明了异质结的表面形貌；两者的协同作用，使异质结在飞秒和纳秒的测试条件下都表现出了作为光学材料的出色潜力。

技术领域

本发明属于功能复合材料领域，尤其是涉及一种基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料及其制备方法。

背景技术

新型三阶非线性光学材料的设计和合成非常受欢迎，这在包括光开关、光限幅、逻辑器件、图像传输和锁模激光系统等。反饱和吸收、饱和吸收、非线性散射和非线性折射是最常观察到的非线性光学行为。二维材料已被广泛研究。在2004石墨烯被发现以来，碳衍生物、金属氧化物、过渡金属二硫属化物、黑磷、金属碳化物和氮化物都得到了研究。然而，这些材料具有缺点。例如，石墨烯的带隙为零而没有固有带隙，而黑磷对空气和水很敏感，这些限制限制了它们在许多设备中的使用。

发明内容

碳化物(MXene)是通过选择性蚀刻母体材料碳化铝物(MAX)，其中M代表早期过渡金属(如钛、钒和钼)，A代表3或4种元素的主族，X是碳或氮。这种新出现的二维过渡金属碳化物、氮化物或氮碳化物具有优异的金属导电性、独特的表面性质和暴露的末端金属位点。因此，基于碳化物的异质结构不仅可以充分利用其特殊的多层结构，还可以与其他高性能材料产生协同效应。二硫化钼具有依赖于层的电子特性、结构多样性、稳定性好、成本低和易于制备等特点。

在此，碳化钒/二硫化钼异质结构是通过一种简单有效的方法合成的。通过使用范德华力堆叠不同类型的二维材料以形成垂直异质结来合成异质结构。这种方法不仅避免了晶格失配，而且还具有优异的性能，这导致二维材料异质结构在光电探测器、场效应晶体管、激光器和其他设备中的使用。

在本发明中，使用水热反应合成具有三维互连网络的碳化钒与二硫化钼异质结构。二硫化钼纳米片垂直生长在碳化钒表面。这些发现不仅为未来广泛的实际应用提供了对异质结构的深刻理解，而且为开发三阶非线性光学材料开辟新途径。

本发明的目的就是为了提供一种基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料及其制备方法。本发明通过碳化钒与二硫化钼之间的相互作用，能明显改善纳米激光测试条件下的反饱和吸收性能，为制备多元化、应用范围更广的非线性及其他功能化材料提供了希望，具有良好的应用前景。

碳化钒和二硫化钨的异质结构是通过使用两者之间的范德华力堆叠制备的。通过二者之间增强的电子偶合和传输效应，增强杂化材料的三阶非线性系数。在本发明中，二硫化钼纳米片均匀生长在具有三维互连网络微结构的碳化钒，基于两者之间的相互作用力。而表面扫描电子显微镜光谱证明了异质结的形态。两者的协同作用，使异质结在飞秒和纳秒的测试条件下都表现出了作为光学材料的出色潜力。碳化钒与二硫化钼的异质结在飞秒激光测试下的非线性性能为反饱和吸收，而在纳秒激光测试条件下的非线性性能为饱和吸收。能在飞秒和纳秒条件下，表现出不同的非线性性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料，该材料由二硫化钼均匀生长在碳化钒表面构成。

优选地，二硫化钼纳米片均匀地垂直生长在具有三维互连网络微结构的碳化钒表面，且二硫化钼纳米片插入碳化钒的层间空间以形成碳化钒与二硫化钼的异质结。

本发明第二方面提供了所述的基于碳化钒与二硫化钼的非线性纳米杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳化钒铝(V₂AlC)在氟化氢溶液中进行刻蚀，得到碳化钒(V₂C)，将碳化钒在四甲基氢氧化铵中剥离，得到(尺寸较小的)碳化钒纳米片；