CN112071943A - 一种二维同主族二元异质结及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种二维同主族二元异质结，包括二维A纳米片材料以及包裹二维A纳米片材料的B纳米材料，其中，所述A与B为相同主族元素，且所述A与B均为Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族元素中的一种。该二维同主族二元异质结能够对同一pH条件下、不同波长的光信号实现不同的光电响应，同时在不同的pH条件下、相同的光信号照射下也能产生不同的光电响应。基于本发明二维同主族二元异质结对不同pH值和光波长产生不同的响应，可以应用光电探测器和pH探测器，用于实现光信号探测和pH值探测。本发明还提供了一种二维同主族二元异质结的制备方法。

Description

一种二维同主族二元异质结及其制备方法
技术领域
本发明涉及二维纳米材料及其应用领域，具体涉及一种二维同主族二元异质结纳米材料，本发明还涉及二维同主族二元异质结的制备方法
背景技术
在过去的二十年中，二维(2D)材料的突破性发现包括六方氮化硼(h-BN)，石墨烯，过渡金属二硫化碳(TMD)，和一系列单元素2D材料，引起了全世界研究的巨大兴趣。其中，IV-VI族的2D单元素材料因其出色的电子和光子性能而成为具有广阔应用前景的材料。然而，目前2D单元素材料面临很多急需解决的关键问题，例如材料的大批量制备和材料的环境稳定性问题。同时，目前制备的光电探测器存在稳定性差、波段响应范围窄，响应度低以及响应速度慢等缺点。采用新的材料来克服以上材料和期间方面的缺点是目前研究的主要任务。
良好制备的2D材料为构建基于2D异质结构材料提供了基础，构筑2D异质结材料是能够有效克服单元素期间局限性，又为光电检测以外的潜在多功能器件应用引入了多种特性。研究表明由两个或多个组件组成的2D异质结构通常具有每个单独构造块的优势，并且还产生了额外的意料不到的物理特性，这些特性为克服单组分材料的局限性提供了机会，从而为制造多功能光电器件提供了可能，并进一步成为发展性能优越的光电器件的有效手段。这些优点使得2D异质结构材料可以充分利用每个组件的性能，目前已经引起研究人员的广泛关注。但是，基于二维同主族二元异质结本身结构的复杂性和制备过程的复杂性，现有技术中还未开发出一种基于二维同主族二元异质结，对于二维同主族二元异质结的应用也相对缺乏。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种二维同主族二元异质结，本发明还提供了该二维同主族二元异质结的制备方法，通过开发出一种新型的二维同主族二元异质结，以充实现有异质结纳米材料的范围。
第一方面，本发明提供了一种二维同主族二元异质结，包括二维A纳米片材料以及包裹二维A纳米片材料的B纳米材料，其中，所述A与B为相同主族元素，且所述A与B均为Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族元素中的一种。
优选的，所述A与B均为Ⅵ主族元素中的一种。
优选的，所述二维A纳米材料为二维碲纳米片，所述B纳米材料为二维硒纳米片。
本发明提供了一种二维同主族二元异质结，包括二维A纳米片材料以及包裹二维A纳米片材料的B纳米材料，其中，所述A与B为相同主族元素，且所述A与B 均为Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族元素中的一种，其创造性地采用Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族中同主族元素对应的纳米材料复合而成的二元异质结。该二维同主族二元异质结能够对同一pH条件下、不同波长的光信号实现不同的光电响应，同时在不同的pH条件下、相同的光信号照射下也能产生不同的光电响应。基于本发明二维同主族二元异质结对不同pH值和光波长产生不同的响应，可以应用光电探测器和pH探测器，用于实现光信号探测和pH值探测。
第二方面，本发明提供了一种二维同主族二元异质结的制备方法，包括以下步骤：
提供B粉并将B粉溶解于氨水中，制得B粉-氨水溶液；
提供二维A纳米片材料并将二维A米片材料溶解于超纯水中，制得二维A纳米片溶液；
将B粉-氨水溶液逐滴加入二维A纳米片溶液中，将混合溶液转移至30～50℃下搅拌1～12h，再将混合溶液转移至70～90℃下反应1～12h，收集沉淀，洗涤、干燥，制得二维同主族二元异质结；
其中，所述A与B为相同主族元素，且所述A与B均为Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族元素中的一种。
优选的，所述二维A纳米片材料为二维碲纳米片，所述B粉为硒粉；
所述硒粉的质量与二维碲纳米片的质量之比为1～50:10。
优选的，在制备二维碲纳米片溶液的过程中，将二维碲纳米片通过超声处理方法分散在超纯水中；
其中，所述超纯水的质量为二维碲纳米片的质量的10～1000倍。
优选的，在制备硒粉-氨水溶液的过程中，所述硒粉的质量与氨水的质量之比为1:0.5～20。
优选的，收集反应后的沉淀，所述沉淀分别用去离子水、乙醇和丙酮洗涤， 8000～10000rpm离心、除去上清液，再将沉淀置于50～70℃的真空烘箱中过夜，制得二维同主族二元异质结。
优选的，所述二维碲纳米片的制备方法包括以下步骤：
制备预反应体系：将亚碲酸钠与聚乙烯吡咯烷酮溶解分散于去离子水中，然后向去离子水中添加氨水和水合肼，添加的同时搅拌10～30分钟，制得预反应体系；
制备二维碲纳米片：将预反应体系置于130～200℃下反应4～24h，收集沉淀、洗涤、干燥，制得二维碲纳米片。
优选的，所述亚碲酸钠与聚乙烯吡咯烷酮质量之比为1:1～20；
所述氨水与水合肼的体积之比为1～5:1。
本发明二维同主族二元异质结的制备方法制备二维同主族二元异质结过程相对简单、可控，对实验设备、实验条件等要求较低，制备的二维同主族二元异质结产率稳定，适合进行扩大化生产制备。
有鉴于此，本发明还提供了一种工作电极以及该工作电极的制备方法，本发明还提供了一种光电探测器或者pH探测器。该工作电极上设置有二维同主族二元异质结，借助于该二维同主族二元异质结对不同pH值和光波长产生不同的响应，将该二维同主族二元异质结应用于光电探测器和pH探测器的工作电极上，用于实现对光信号的探测和pH值的探测。
第三方面，本发明提供了一种工作电极，所述工作电极包括电极载体以及设置于电极载体上的二维同主族二元异质结；
所述二维同主族二元异质结包括二维A纳米片材料以及包裹二维A纳米片材料的B纳米材料，其中，所述A与B为相同主族元素，且所述A与B均为Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族元素中的一种。
优选的，所述A与B均为Ⅵ主族元素中的一种。
优选的，所述二维同主族二元异质结为二维Te@Se异质结。
优选的，所述电极载体为ITO玻璃。
本发明工作电极包括电极载体以及设置于电极载体上的二维同主族二元异质结。借助于该二维同主族二元异质结对不同pH值和光波长产生不同的光电响应，将该二维同主族二元异质结应用于光电探测器和pH探测器的工作电极上，用于实现对光信号的探测和pH值的探测。
第四方面，本发明提供了一种工作电极的制备方法，包括以下步骤：
将二维同主族二元异质结添加到聚偏二氟乙烯/二甲基甲酰胺溶液中，超声处理10～100min以形成均匀混合物；
再将均匀混合物涂在电极载体上、干燥，制得工作电极。
优选的，所述二维同主族二元异质结为二维Te@Se异质结。
优选的，所述电极载体为ITO玻璃。
优选的，所述二维同主族二元异质结的质量与聚偏二氟乙烯/二甲基甲酰胺溶液的质量之比为1:1～100。
优选的，二维同主族二元异质结添加到聚偏二氟乙烯/二甲基甲酰胺溶液后，超声处理30min以形成均匀混合物；
再将均匀混合物涂在电极载体上，转移至80℃的真空烘箱中过夜，制得工作电极。
本发明工作电极的制备方法制备的工作电极具有功能性材料分散、涂覆均匀，制备的工作电极具有效能相对均一，工作电极的各个探测位置(涂覆位置) 探测效果相对一致，能够有效保障工作电极的工作稳定性。另外，该方法制备工作电极的过程相对简单、快速，能够实现大规模制备工作电极。
第五方面，本发明还提供了上述工作电极在pH探测领域和光探测领域中的应用。
第六方面，本发明还提供了一种光电探测器或者pH探测器，包括上述任一项所述的工作电极。
本发明工作电极在pH探测领域和光探测领域中的应用以及包括该工作电极的光电探测器或者pH探测器均借助于该二维同主族二元异质结对不同pH值和光波长产生不同的光电响应，将该二维同主族二元异质结应用于光电探测器和pH探测器的工作电极上，用于实现对光信号的探测和pH值的探测。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为本发明一实施方式提供的基于2D Te@Se二元异质结的表征图；
图2为基于2D Te@Se二元异质结材料光电探测器在pH值为1-14范围内的电解质溶液中的光电探测性能；
图3为基于2D Te@Se二元异质结材料光电探测器的的测试拟合曲线；a-b：在模拟太阳光照射下在电解质的pH范围1至14内的光响应行为和相应的拟合曲线。 c-d：在475nm波长照射下在电解质的pH范围1至14内的光响应行为和相应的拟合曲线；
图4为基于2D Te@Se二元异质结材料的重复检测效果图；a：pH值从7降低到1； b：pH值从7升高到14；c：pH值从1升高到14；d-e：pH检测器的可逆性实验；
图5为基于2DTe@Se二元异质结材料光电探测器的长期稳定性测试；a和c：探测器1个月后在pH为1和14的不同电解质中运行10,000s的光响应行为曲线；b和d：截取的探测器的详细光学响应行为曲线(8,000-8,500s)。
具体实施方式
以下所述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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
第一方面，本发明提供了一种二维同主族二元异质结，包括二维A纳米片材料以及包裹二维A纳米片材料的B纳米材料，其中，A与B为相同主族元素，且A与B 均为Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族元素中的一种。
本发明提供了一种二维同主族二元异质结，包括二维A纳米片材料以及包裹二维A纳米片材料的B纳米材料，其中，所述A与B为相同主族元素，且所述A与B 均为Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族元素中的一种，其创造性地采用Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族中同主族元素对应的纳米材料复合而成的二元异质结。该二维同主族二元异质结能够对同一pH条件下、不同波长的光信号实现不同的光电响应，同时在不同的pH条件下、相同的光信号照射下也能产生不同的光电响应。基于本发明二维同主族二元异质结对不同pH值和光波长产生不同的响应，可以应用光电探测器和pH探测器，用于实现光信号探测和pH值探测。
优选的，A与B均为Ⅳ主族元素中的一种。例如可以是碳、硅、锗、锡、铅对应的二维纳米材料。
优选的，A与B均为Ⅴ主族元素中的一种。例如可以是磷、砷、锑、铋对应的二维纳米材料。
优选的，A与B均为Ⅵ主族元素中的一种。例如可以是硒、碲、钋对应的二维纳米材料。在本发明一具体实施例中，二维A纳米材料为二维碲纳米片，B纳米材料为二维硒纳米片。
第二方面，本发明提供了一种二维同主族二元异质结的制备方法，包括以下步骤：
提供B粉并将B粉溶解于氨水中，制得B粉-氨水溶液；
提供二维A纳米片材料并将二维A米片材料溶解于超纯水中，制得二维A纳米片溶液；
将B粉-氨水溶液逐滴加入二维A纳米片溶液中，将混合溶液转移至30～50℃下搅拌1～12h，再将混合溶液转移至70～90℃下反应1～12h，收集沉淀，洗涤、干燥，制得二维同主族二元异质结；
其中，A与B为相同主族元素，且所述A与B均为Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族元素中的一种。
优选的，A与B均为Ⅳ主族元素中的一种。例如可以是碳、硅、锗、锡、铅对应的二维纳米材料。
优选的，A与B均为Ⅴ主族元素中的一种。例如可以是磷、砷、锑、铋对应的二维纳米材料。
优选的，A与B均为Ⅵ主族元素中的一种。例如可以是硒、碲、钋对应的二维纳米材料。在本发明一具体实施例中，二维A纳米片材料为二维碲纳米片，B粉为硒粉。
优选的，硒粉的质量与二维碲纳米片的质量之比为1～50:10。
优选的，在制备二维碲纳米片溶液的过程中，将二维碲纳米片通过超声处理方法分散在超纯水中；
其中，超纯水的质量为二维碲纳米片的质量的10～1000倍。
优选的，在制备硒粉-氨水溶液的过程中，硒粉的质量与氨水的质量之比为 1:0.5～20。
优选的，收集反应后的沉淀，沉淀分别用去离子水、乙醇和丙酮洗涤，8000～10000rpm离心、除去上清液，再将沉淀置于50～70℃的真空烘箱中过夜，制得二维同主族二元异质结。
优选的，二维碲纳米片的制备方法包括以下步骤：
制备预反应体系：将亚碲酸钠与聚乙烯吡咯烷酮溶解分散于去离子水中，然后向去离子水中添加氨水和水合肼，添加的同时搅拌10～30分钟，制得预反应体系；
制备二维碲纳米片：将预反应体系置于130～200℃下反应4～24h，收集沉淀、洗涤、干燥，制得二维碲纳米片。
优选的，亚碲酸钠与聚乙烯吡咯烷酮质量之比为1:1～20；
氨水与水合肼的体积之比为1～5:1。
本发明二维同主族二元异质结的制备方法制备二维同主族二元异质结过程相对简单、可控，对实验设备、实验条件等要求较低，制备的二维同主族二元异质结产率稳定，适合进行扩大化生产制备。目前，关于2D异质纳米材料的研究普遍采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposited，CVD)，物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)，和分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)方法，存在制造成本高，制备条件严苛以及容易形成不良副产物的风险。本发明二维同主族二元异质结的制备方法操作简单，反应条件温和，可以实现2D同主族异质纳米材料的大规模制备。同时，基于2D二元异质结材料的光电探测器不仅表现出优异的光电响应性能，还表现出优异的pH响应性以及长期稳定性。
第三方面，本发明提供了一种工作电极，工作电极包括电极载体以及设置于电极载体上的二维同主族二元异质结；
二维同主族二元异质结包括二维A纳米片材料以及包裹二维A纳米片材料的B 纳米材料，其中，A与B为相同主族元素，且所述A与B均为Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族元素中的一种。
优选的，A与B均为Ⅳ主族元素中的一种。例如可以是碳、硅、锗、锡、铅对应的二维纳米材料。
优选的，A与B均为Ⅴ主族元素中的一种。例如可以是磷、砷、锑、铋对应的二维纳米材料。
优选的，A与B均为Ⅵ主族元素中的一种。例如可以是硒、碲、钋对应的二维纳米材料。在本发明一具体实施例中，二维A纳米片材料为二维碲纳米片，B纳米材料为二维硒纳米材料。
优选的，硒粉的质量与二维碲纳米片的质量之比为1～50:10。
优选的，A与B均为Ⅵ主族元素中的一种。
优选的，二维同主族二元异质结为二维Te@Se异质结。
优选的，电极载体为ITO玻璃。
本发明工作电极包括电极载体以及设置于电极载体上的二维同主族二元异质结。借助于该二维同主族二元异质结对不同pH值和光波长产生不同的光电响应，将该二维同主族二元异质结应用于光电探测器和pH探测器的工作电极上，用于实现对光信号的探测和pH值的探测。
第四方面，本发明提供了一种工作电极的制备方法，包括以下步骤：
将二维同主族二元异质结添加到聚偏二氟乙烯/二甲基甲酰胺溶液中，超声处理10～100min以形成均匀混合物；
再将均匀混合物涂在电极载体上、干燥，制得工作电极。
优选的，二维同主族二元异质结为二维Te@Se异质结。
优选的，电极载体为ITO玻璃。
优选的，二维同主族二元异质结的质量与聚偏二氟乙烯/二甲基甲酰胺溶液的质量之比为1:1～100。
优选的，二维同主族二元异质结添加到聚偏二氟乙烯/二甲基甲酰胺溶液后，超声处理30min以形成均匀混合物；
再将均匀混合物涂在电极载体上，转移至80℃的真空烘箱中过夜，制得工作电极。
本发明工作电极的制备方法制备的工作电极具有功能性材料分散、涂覆均匀，制备的工作电极具有效能相对均一，工作电极的各个探测位置(涂覆位置) 探测效果相对一致，能够有效保障工作电极的工作稳定性。另外，该方法制备工作电极的过程相对简单、快速，能够实现大规模制备工作电极。
第五方面，本发明还提供了上述工作电极在pH探测领域和光探测领域中的应用。
第六方面，本发明还提供了一种光电探测器或者pH探测器，包括上述任一项所述的工作电极。
本发明工作电极在pH探测领域和光探测领域中的应用以及包括该工作电极的光电探测器或者pH探测器均借助于该二维同主族二元异质结对不同pH值和光波长产生不同的光电响应，将该二维同主族二元异质结应用于光电探测器和pH 探测器的工作电极上，用于实现对光信号的探测和pH值的探测。
以下通过实施例详细阐述二维Te@Se异质结的制备方法及制得的二维Te@Se 异质结
实施例1
一种二维碲纳米片的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将亚碲酸钠(Na2TeO3)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)按照质量比为1:1 溶解分散在10mL去离子水当中。
步骤2：然后将氨水(NH3·H2O)与水合肼(N2H4·H2O)以1:1的体积比添加到步骤1溶液中并保持搅拌10分钟。
步骤3：将步骤2得到的溶液倒入水热反应釜中，放置在鼓风干燥箱中在 130℃下反应24小时。
步骤4：将反应得到具有金属光泽的银灰色沉淀物分别用去离子水、乙醇和丙酮洗涤、8,000rpm离心。小心除去上清液，并将沉淀物置于60℃的真空烘箱中过夜，得到二维碲纳米片材料。
一种Te@Se异质结的合成方法包括以下步骤：
步骤1：将上述制备的二维碲纳米片材料通过超声处理方法分散在5mL超纯水当中。
步骤2：将硒粉末加入到50μL氨水当中充分溶解，其中，硒粉与步骤1中二维碲纳米片的质量之比为1:10。
步骤3：将上述溶解了硒粉的氨水溶液逐滴加入到分散二维碲纳米片的超纯水溶液当中。
步骤4：将上述混合液现在30摄氏度下搅拌反应12小时，再在70摄氏度下反应12小时。
步骤5：收集反应釜中的黑色沉淀物，并分别用去离子水，乙醇和丙酮以 10,000rpm离心洗涤。小心除去上清液，并将沉淀物置于60摄氏度的真空烘箱中过夜，得到二维Te@Se二元异质结纳米材料。
如图1所示，为实施例1制备的二维Te@Se二元异质结纳米材料的物理化学测试结果。在图1中，a为Te纳米片的扫描隧道显微镜图像；b为Te纳米片的原子力显微镜扫描图片以及高度；c为Te纳米片的透射电镜图像；d为Te纳米片的高分辨-透射电镜图片以及选区电子衍射图片；e为Te@Se在的透射电镜图像；f为Te@Se的原子力显微镜扫描图片以及高度；g为Te@Se的透射电镜图像； h为Te@Se的高分辨-透射电镜图片以及选区电子衍射图片；i为Te@Se的透射电镜图像；j-k分别为Te@Se的对应元素分布图像(元素：Te和Se)；m为Te与Se的质量比元素分析图片。
如图1所示的二维Te@Se二元异质结，其中各组分的质量比为Te：Se＝1:2.5。 a到c表示的是2D Te纳米片的扫描隧道显微镜，原子力显微镜以及透射电镜图片，图d是Te纳米片的高分辨透射电镜图片，从中可以看出晶格间距为0.19纳米，符合Te的(200)晶面数据，同时选取电子衍射图像表明制备的Te纳米片具有良好的结晶性。图e至g是制备的2D Te@Se的透射电镜以及原子力显微镜图像。图h中可以看出属于Se的(102)晶面，且晶格间距为0.21nm。同时选取电子衍射图像也可以看出Se的存在。图i-l是2D Te@Se的元素扫描分布图，从图中可以明显的看到在Te纳米片外层生长出Se，成功在二维Te纳米片上包裹Se得到2D Te@Se二元异质结纳米材料。图m则进一步给出了2DTe@Se的元素分布含量。
实施例2
一种二维碲纳米片的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将亚碲酸钠(Na2TeO3)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)按照质量比为1:20 溶解分散在10mL去离子水当中。
步骤2：然后将氨水(NH3·H2O)与水合肼(N2H4·H2O)以5:1的体积比添加到步骤1溶液中并保持搅拌30分钟。
步骤3：将步骤2得到的溶液倒入水热反应釜中，放置在鼓风干燥箱中在 200℃下反应4小时。
步骤4：将反应得到具有金属光泽的银灰色沉淀物分别用去离子水、乙醇和丙酮洗涤、10,000rpm离心。小心除去上清液，并将沉淀物置于80℃的真空烘箱中过夜，得到二维碲纳米片材料。
一种Te@Se异质结的合成方法包括以下步骤：
步骤1：将上述制备的二维碲纳米片材料通过超声处理方法分散在100mL超纯水当中。
步骤2：将硒粉末加入到2000μL氨水当中充分溶解，其中，硒粉与步骤1 中二维碲纳米片的质量之比为5:1。
步骤3：将上述溶解了硒粉的氨水溶液逐滴加入到分散二维碲纳米片的超纯水溶液当中。
步骤4：将上述混合液现在50摄氏度下搅拌反应1小时，再在90摄氏度下反应1小时。
步骤5：收集反应釜中的黑色沉淀物，并分别用去离子水，乙醇和丙酮以8,000 rpm离心洗涤。小心除去上清液，并将沉淀物置于70摄氏度的真空烘箱中过夜，得到二维Te@Se二元异质结纳米材料。
以下通过实施例3制备基于2D Te@Se二元异质结材料的工作电极及光电探测器件。
实施例3
步骤1：将1mg 2D Te@Se加入1mL聚偏二氟乙烯/二甲基甲酰胺(PVDF/ DMF)溶液中，并超声处理30分钟以形成均匀混合物。
步骤2：然后将300μL的混合物滴到涂有氧化铟锡(ITO)的玻璃表面上，并放置在80摄氏度的真空烘箱中过夜，以形成光电探测器的工作电极，进一步组装成光电探测器。
工作电极的测试方法：在光电化学型光电检测系统中，涂有2D Te@Se的ITO 玻璃，铂丝和Ag/AgCl分别用作工作电极，对电极和参比电极。使用不同pH值的 HCl，KCl和KOH水溶液作为电解质。用不同的波长(350nm，400nm，475nm， 550nm和650nm)照射设备，并将这些照射光的光功率强度指定为I，II，III，IV 和V级。
如图2所示，基于2D Te@Se二元异质结的光电探测器在不同pH溶液中的光电响应性能结果。图a至n分别为电解质溶液pH为1至14时，基于2D Te@Se 探测器的光电探测性能。每张图从上之下分别为在350nm，400nm，475nm，550nm 以及650nm光照下的光电响应性能曲线。其中I至V代表同一入射光波长下，不同入射光强度下的探测器性能曲线。从图中可以看出基于2D Te@Se二元异质结的光电探测器在宽波段范围内(300-800nm)，pH值为1-14的电解质溶液中以及不同的入射光照射下均可以看到明显的ON/OFF信号，探测器表现出优秀的光电探测性能。
如图3所示是基于2D Te@Se二元异质结材料光电探测器光电探测性能和pH 响应性能的拟合曲线。从图a和c中可以看出在模拟太阳光(SL)或者475nm光照下，基于2D Te@Se二元异质结材料光电探测器的ON/OFF信号随着pH值的不断增大而增强，从上之下分别为探测器在pH值为1至14电解质溶液中的光电探测性能曲线通过对IV条件下的光电流大小进行拟合发现其增加趋势随着pH值的增加符合三次方程变化规律(如图b和d所示)，表现出明显的pH依赖趋势。并且，当pH值为14时光电流高达19.64μA cm-2。具体的拟合方程表现为：
模拟太阳光照射下，偏压为0.6V时，光电流与pH值的拟合曲线关系：
Pph＝-1.46x3+0.47x2–0.02x+4.65
475nm波长光照射下，偏压为0.6V时，光电流与pH值的拟合曲线关系：
Pph＝-0.2x3+0.069x2–0.0031x+0.32
其中x为溶液的pH值大小，这表明基于2D Te@Se的光电探测器在模拟太阳光或特定波长入射光照射下均具有pH响应性能。
如图4所示是基于2D Te@Se二元异质结材料光电探测器的pH动力学响应性能测试。从图a至c中我们可以看到，当溶液的pH值发生变化时，探测器测得的光电流大小也随之发生改变，表现出一定的pH响应性。同时，从中可以看出其响应时间在0.8至2.5s之间，表明光电流随pH值变化响应时间较短。从图d 和e中可以看出，探测器的探测性能随着pH溶液的变化表现出一定的可重复。这说明基于2D Te@Se的探测器不仅能够通过电流用来检测溶液的pH值，还具有一定的可重复性能。
如图5所示是基于2D Te@Se二元异质结材料光电探测器的长期稳定性测试。从图a和c中可以看出，在pH值为1和14的电解质溶液中，探测器被保存30 天后仍然具有十分优秀的可重复的光电响应行为。图b和d是分别从a和c中截取的8,000～8,500s之间的光电探测性能曲线，我们可以看到明显可重复的 ON/OFF型号，这进一步证明制备的基于2D Te@Se二元异质结材料光电探测器具有优秀的长期稳定性性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种二维同主族二元异质结，其特征在于，包括二维A纳米片材料以及包裹二维A纳米片材料的B纳米材料，其中，所述A与B为相同主族元素，且所述A与B均为Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族元素中的一种。
2.如权利要求1所述的二维同主族二元异质结，其特征在于，所述A与B均为Ⅵ主族元素中的一种。
3.如权利要求2所述的二维同主族二元异质结，其特征在于，所述二维A纳米材料为二维碲纳米片，所述B纳米材料为二维硒纳米片。
4.一种二维同主族二元异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供B粉并将B粉溶解于氨水中，制得B粉-氨水溶液；
提供二维A纳米片材料并将二维A米片材料溶解于超纯水中，制得二维A纳米片溶液；
将B粉-氨水溶液逐滴加入二维A纳米片溶液中，将混合溶液转移至30～50℃下搅拌1～12h，再将混合溶液转移至70～90℃下反应1～12h，收集沉淀，洗涤、干燥，制得二维同主族二元异质结；
其中，所述A与B为相同主族元素，且所述A与B均为Ⅳ主族、Ⅴ主族或者Ⅵ主族元素中的一种。
5.如权利要求4所述的二维同主族二元异质结的制备方法，其特征在于，所述二维A纳米片材料为二维碲纳米片，所述B粉为硒粉；
所述硒粉的质量与二维碲纳米片的质量之比为1～50:10。
6.如权利要求5所述的二维同主族二元异质结的制备方法，其特征在于，在制备二维碲纳米片溶液的过程中，将二维碲纳米片通过超声处理方法分散在超纯水中；
其中，所述超纯水的质量为二维碲纳米片的质量的10～1000倍。
7.如权利要求5所述的二维同主族二元异质结的制备方法，其特征在于，在制备硒粉-氨水溶液的过程中，所述硒粉的质量与氨水的质量之比为1:0.5～20。
8.如权利要求5所述的二维同主族二元异质结的制备方法，其特征在于，收集反应后的沉淀，所述沉淀分别用去离子水、乙醇和丙酮洗涤，8000～10000rpm离心、除去上清液，再将沉淀置于50～70℃的真空烘箱中过夜，制得二维同主族二元异质结。
9.如权利要求5所述的二维同主族二元异质结的制备方法，其特征在于，所述二维碲纳米片的制备方法包括以下步骤：
制备预反应体系：将亚碲酸钠与聚乙烯吡咯烷酮溶解分散于去离子水中，然后向去离子水中添加氨水和水合肼，添加的同时搅拌10～30分钟，制得预反应体系；
制备二维碲纳米片：将预反应体系置于130～200℃下反应4～24h，收集沉淀、洗涤、干燥，制得二维碲纳米片。
10.如权利要求9所述的二维同主族二元异质结的制备方法，其特征在于，所述亚碲酸钠与聚乙烯吡咯烷酮质量之比为1:1～20；
所述氨水与水合肼的体积之比为1～5:1。
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