CN108588713B - 一种二维磷化钼薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二维磷化钼薄膜的制备方法，属于二维薄膜制备领域，本发明包括：将金属钼箔基底置于真空反应炉中，通过抽真空以除去真空腔内氧气的情况下，将反应源在超过其熔点的温度下进行加热使其挥发，通过载气将其输运到真空腔中，将管式炉升温到200℃‑1100℃，在反应温度下保持1min‑180min使金属钼箔基底与反应源反应，以获得厚度可控的二维磷化钼薄膜。本发明采用化学气相沉积法，在金属钼箔基底直接经过磷化可控生长出二维薄膜，从而提供了一种制备大面积过渡族金属磷化物薄膜的方法。
Description
技术领域
本发明属于二维薄膜制备领域，尤其涉及一种二维磷化钼薄膜的制备方法。
背景技术
自19世纪60年代起，过渡族金属磷化物被广泛用于光催化降解、锂离子电池、电催化制氢等领域，同样在加氢脱硫催化和加氢脱氮催化方面具有优异的性能。随着世界能源危机的加剧，氢能由于清洁，可再生等特点日益受到人们重视。近年来，由于过渡族金属磷化物被发现在电解水制氢中具有高效的催化析氢性能，其被看作可取代铂电极的新型非贵金属电极材料。磷化钼纳米材料由于活性位点丰富，导电性良好以及循环稳定性高而得到了广泛认可，可以取代贵金属铂成为新一代的电极材料。二维磷化钼薄膜不仅具有良好的析氢催化性能，而且随着薄膜厚度地减小，其优越的光电性能也使二维磷化钼薄膜在半导体电子器件领域有极大的发展潜力，有望超越过渡族金属硫化物制备新型纳电子器件。
目前，磷化钼纳米结构的制备方法主要有高温烧结法和溶液法等，这些方法产量低、可控性较差，尚不能制备二维磷化钼薄膜。
发明内容
本发明提供了一种二维磷化钼薄膜的制备方法，利用化学气相沉积法和金属基底原位反应法，能够大面积连续制备磷化钼薄膜，该方法操作流程简单、产物质量高、可控性好。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种二维磷化钼薄膜的制备方法，包括以下步骤：将金属基底置于真空反应炉中，通过抽真空除去真空腔内氧气；将反应源在超过其熔点的温度下进行加热使其挥发，通过载气将其输运到真空腔中；将管式炉升温到200℃-1100℃，保持1min-180min使金属基底与反应源反应，获得二维磷化钼薄膜。
以上所述步骤中，所述的金属基底为钼箔，所述的反应源为磷的粉体、相应氧化物或氢化物，所述的反应源加热温度为200℃-500℃，所述的载气为氩气、氢气、氩气-氢气混合气或氢化物气体，所述的二维磷化钼薄膜不限于二元材料，也包括通过对二元薄膜掺杂处理的三元、四元薄膜材料。
本发明的有益效果：本发明提供了一种二维磷化钼薄膜的制备方法，利用化学气相沉积法和金属原位反应法，利用载气将挥发的反应源带到金属基底上，与金属基底反应，通过对反应时间的控制来控制二维磷化钼薄膜的厚度，能够连续并且大面积的制备二维磷化钼薄膜，该方法对设备条件要求较低、操作流程简单、产物质量高、可控性好且易于大面积制备，可以满足规模化生产的需要，是一种有应用价值的技术。
附图说明
图1是本发明实施例1-2采用的反应装置结构示意图；
图2是本发明实施例1所制备的磷化钼薄膜的扫描电子显微镜照片；
图3是本发明实施例1-2所制备的磷化钼薄膜的拉曼光谱；
图4(a)是本发明实施例1所制备少数层磷化钼薄膜的透射电子显微镜照片，图4(b)是本发明实施例1所制备少数层磷化钼薄膜的电子衍射照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行说明，如图1所示，该反应装置是由惰性气体流量计、氢气流量计、石英管、管式炉、加热带和基底组成的化学气相沉积系统，石英管置于管式炉中，石英管的一侧通过惰性气体流量计、氢气流量计、分别与惰性气体、氢气气瓶相连，石英管的另一侧依次与玻璃容器相连。
实施例1
一种化学气相沉积制备磷化钼薄膜的方法，包括以下制备步骤：
(1)将20微米厚的钼箔基底首先在50 sscm流量的氢气H2环境下，在1400度下退火10小时以上；
(2)将退火之后的钼箔剪裁成3.5×2.5 cm2的小片放入石英管式炉中；
(3)称量0.5克磷粉，放入石英管的前端，将石英管两端封闭进行抽真空20分钟，然后将石英管另一端用塑料软管相接，用真空泵油密封；
(4)打开氢气/氩气混合气气瓶阀门，对石英管中注入氢气/氩气的混合气（含5vt% 氢气），使其流量为10 sccm；
(5)打开炉温控制开关，设定升温速度为25℃/min，升温至900℃；
(6)打开加热带温控开关对磷粉进行加热，设定温度为350 ℃；
(7)900℃下反应进行60分钟后，将氩气流量计开至100 sccm，迅速关掉加热带温控开关，然后开启炉膛，用风扇快速冷却炉温；
(8)等炉温冷却到室温时，将反应后的金属箔片从管式炉中取出，使用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）对生长的磷化钼薄膜进行转移至其它衬底上。
实施例2
一种化学气相沉积制备磷化钼薄膜的方法，包括以下制备步骤：
(1)将20um厚的钼箔基底首先在50 sscm流量的氢气H2环境下，在1400℃下退火10小时以上；
(2)将退火之后的钼箔剪裁成3.5×2.5 cm2的小片放入石英管式炉中；
(3)称量0.5g磷粉，放入石英管的前端，将石英管两端封闭进行抽真空20min，排除管道中的剩余氧气，然后将石英管另一端用塑料软管相接，用真空泵油密封；
(4)打开氩气瓶阀门，对石英管中注入氩气，使其流量为10 sccm；
(5)打开炉温控制开关，设定升温速度为25℃/min，升温至900℃；
(6)打开加热带温控开关对磷粉进行加热，设定温度为325 ℃；
(7)900℃下反应进行60min后，将氩气流量计开至100 sccm，迅速关掉加热带温控开关，开启炉膛，用风扇快速冷却炉温；
(8)等炉温冷却到室温时，将反应后的金属箔片从管式炉中取出，使用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）对生长的磷化钼薄膜进行转移到其它衬底上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种二维磷化钼薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属基底钼箔置于真空反应炉中，通过抽真空除去真空腔内氧气；将反应源在200℃-500℃下进行加热使其挥发，通过流量为10sccm的载气将其输运到真空腔中；以升温速率为25℃/min将管式炉升温到200℃-1100℃，保持1min-180min使金属基底与反应源反应，获得二维磷化钼薄膜。
2.根据权利要求1所述的二维磷化钼薄膜的制备方法，其特征在于，所述的反应源为磷的粉体或磷的氧化物。
3.根据权利要求1所述的二维磷化钼薄膜的制备方法，其特征在于，所述的载气为氩气、氢气、氩气-氢气混合气或氢化物气体。
4.权利要求1-3任一项所述的方法应用于通过对二维磷化钼薄膜掺杂处理制备三元、四元薄膜材料。
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