[发明专利]一种单晶Hittorf’s磷材料的制备方法

说明书

本发明属于单晶Hittorf’s磷制备技术领域，尤其涉及一种单晶Hittorf’s磷材料的制备方法，包括以下步骤：在真空条件下，以无定型红磷、碲单质和碘单质为原料，于≥600℃的温度下保温288～312min；随后，经第一阶段降温处理降温至480～488℃后保温112～128min；然后，经第二阶段降温处理降温至108～126℃后，再进行第三阶段降温处理冷却至室温，获得所述单晶Hittorf’s磷材料。本发明的制备方法操作安全、制备时间短，制备的紫磷晶体纯度极高且产率可达99.9％，便于推广使用，市场前景极为广阔。

技术领域

本发明涉及单晶Hittorf’s磷制备技术领域，尤其涉及一种单晶Hittorf’s磷材料的制备方法。

背景技术

紫磷作为磷的同素异形体中，是一种层状P型半导体材料。紫磷(VP)作为一种更稳定的磷同素异素，被理论预测显示其空穴迁移率可达7000cm² V^-1s^-1，单层中直接带隙可达2.5eV，使其成为蓝光光电子应用的理想候选物尽管如此，通过实验获得这些迷人的特性仍然具有挑战性。例如，变小的副溶质晶体倾向于与BP一起生长，这使得副溶质的分离和纯化变得困难由于P-P键的脆性和P8笼间的层间相互作用，HP晶体的剥落不可避免地导致厚而小的碎片到目前为止，只有少数人尝试去角质的散装副溶血。

然而，到目前为止，紫磷单晶的制备受到其产量的限制，使其单晶性能的探索和应用受到阻碍。提供一种可靠的合成策略来高效制备高质量的单晶紫磷以克服现有方法所产生的缺点。

为了解决上述问题，本领域技术人员提出了一种以Sn和SnI₄作为传输剂，与无定型红磷反应制备紫磷的方法，但是该方法获得的最终产物除了紫磷还有黑磷，导致产物中紫磷纯度低，且产率低下仅为36％，该方法制备紫磷的效率低下，不能满足目前科研和市场的需求。

为此，本发明提供一种单晶Hittorf’s磷材料的制备方法。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种单晶Hittorf’s磷材料的制备方法。本发明提供的制备方法简单，转换率高，为单晶紫磷的性能探索和应用铺平道路。

本发明的一种单晶Hittorf’s磷材料的制备方法是通过以下技术方案实现的：

一种单晶Hittorf’s磷材料的制备方法，包括以下步骤：

在真空条件下，以无定型红磷、碲单质和碘单质为原料，于≥600℃的温度下保温288～312min；随后，经第一阶段降温处理降温至480～488℃后保温112～128min；然后，经第二阶段降温处理降温至108～126℃后，再进行第三阶段降温处理冷却至室温，获得所述单晶Hittorf’s磷材料。

进一步地，所述无定型红磷、碲和碘的质量比为1.6～10:1:1。

进一步地，所述第一阶段降温处理的降温速率为0.25～0.32℃/min。

进一步地，所述第二阶段降温处理的降温速率为0.8～1.3℃/min。

进一步地，所述第三阶段降温处理采用空冷的方式降温至室温。

进一步地，以2～20℃/min的升温速率升温至≥600℃。

进一步地，所述真空条件通过以下步骤实现：

将无定型红磷、碲和碘加入至具有密封作用的器皿中，随后进行真空密封。

进一步地，所述真空条件的真空度为≤10^-4Pa。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：