CN116553491A - 一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟的方法 - Google Patents

一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116553491A
CN116553491A CN202310657295.9A CN202310657295A CN116553491A CN 116553491 A CN116553491 A CN 116553491A CN 202310657295 A CN202310657295 A CN 202310657295A CN 116553491 A CN116553491 A CN 116553491A
Authority
CN
China
Prior art keywords
indium selenide
selenide material
preparing
spin
electrochemical stripping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310657295.9A
Other languages
English (en)
Inventor
万思源
江子朋
周杨波
吴宇航
黄汉英
余聪
李志雄
刘焕林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN202310657295.9A priority Critical patent/CN116553491A/zh
Publication of CN116553491A publication Critical patent/CN116553491A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B19/00—Selenium; Tellurium; Compounds thereof
    • C01B19/007—Tellurides or selenides of metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法，包括以下步骤：将电解质配置成电化学剥离溶液；在电解槽中将包裹硒化铟材料的金属网作阳极，金属片作阴极，倒入电化学剥离溶液后，电解反应：直流恒压2~4V，1~3h，至硒化铟材料完全剥离；然后用二甲基甲酰胺洗涤，再放入丙酮中分散，得分散溶液，离心；离心的溶液在硅片上旋涂制样，得到二维层状硒化铟材料。本发明具有操作容易、成本低、产量高、过程简单、步骤少、反应温度温和、生产周期短、环境友好的优点，产品的结构优异，能获得大面积超薄的In2Se3薄片，同时In2Se3表面厚度均匀，层数少，薄膜具有铁电性。与其它材料组合制成的异质结，具有良好的电特性曲线。

Description

一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟的方法
技术领域
本发明属于二维层状材料制备技术领域，具体涉及二维层状材料硒化铟（In2Se3）的电化学剥离方法。
背景技术
二维(2D)纳米片具有无悬空键的表面。通过堆叠多个纳米片而形成的薄膜具有原子上干净的范德华界面，因此有望实现良好的电荷传输。
化学式为A2B3的二维材料，其中A为III族元素，B为VI族元素，如Bi2Se3，Bi2Te3，Sb2Te3和In2Se3，因其独特的电子性质而引起越来越多的兴趣。作为光学材料，In2Se3具有高吸收系数、宽范围响应(从紫外(325 nm)到短波红外(1800 nm))和高灵敏度。与其他空气敏感的直接带隙二维材料(如黑磷(BP))不同，完整的In2Se3薄片在空气中高度稳定。其次，基于单个In2Se3纳米片的光电探测器提供了高光敏性(105 A W−1)和快速、可逆和稳定的光响应特性。In2Se3的性能优于许多其他二维材料(如石墨烯、BP和MoS2)，从而为大面积光电探测器的研究提供了重要的基础。然而，具有大晶域的无缺陷In2Se3薄片的可扩展生产仍然是其实际应用的障碍。
制备硒化铟（In2Se3）材料的方法包括机械剥离法、化学气相沉积法(CVD)、液相剥离法和湿化学合成法。其中，机械剥离法是制备高质量In2Se3纳米薄片的最常用方法。此方法最大的优点就是制备工艺简单，但是其剥离率极低，可控性差。CVD法具有尺寸大小和厚度的可控，电学性能优异等优点。但是CVD法难以精确地控制化学计量比，生产工艺复杂，需要高温及相应的气体环境，不利于大批量制备二维晶体材料。而且通过气相沉积获得的In2Se3纳米片具有明显较低的光响应性，远低于用胶带剥离的薄片。液相剥离法能大规模的制备二维晶体材料纳米片的分散液，操作方法简单，但是超声处理时间很长，而且超声过程中往往用到价格昂贵、有毒性的有机溶剂如N-甲基吡咯烷酮(NMP)。到目前为止，二维层状材料的制备技术仍是制约其广泛应用的瓶颈之一，低成本、大批量制备高质量、高纯度二维层状材料的技术仍需不断探索。
电化学剥离法制备二维层状材料是一种比较新型的高效制备方法，其主要特点包括：原材料来源丰富，价格低廉；方法比较简单，只需要在离子溶液中通电处理原材料，且能够通过调整电压和电流实现对剥离程度的精准调控；所使用的溶液可重复利用，此方法不仅对二维层状材料氧化程度大幅降低，能极大程度地保持二维层状材料原有结构，而且对环境污染较轻。能用此方法剥离的典型二维材料有In2Se3、Bi2Se3、Sb2Te3等。目前使用电化学剥离In2Se3材料是将二维晶体分层成单个薄片的策略。
然而，现有的电化学剥离法制备的In2Se3薄膜面积小且无铁电性，也未有与其它材料组成异质结的相关研究。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法，包括以下步骤。
（1）配制电化学剥离溶液；将电解质配置成浓度为0.1mol/L电化学剥离溶液。
所述电解质为四丙基溴化铵、四丁基溴化铵或四己基溴化铵。优选为四己基溴化铵。
（2）将包裹硒化铟材料的金属网连接电源负极作为阳极，金属片连接电源正极作为阴极。阳极与阴极的间隔距离为4cm，使金属网垂直于金属片。在电解槽中倒入电化学剥离溶液后连接直流电源。
优选地，所述金属网为铂网，金属片为铂片。
（3）直流电源恒压2~4V，剥离1~3h，直到硒化铟材料完全剥离。本步骤在手套箱中进行。
（4）洗涤：收集剥离后的硒化铟材料并用二甲基甲酰胺洗涤，洗涤硒化铟材料的仪器为离心机，洗涤参数为5000rpm.5min，洗涤6次，得到插层硒化铟材料。
（5）离心：将插层硒化铟材料放入丙酮中分散，得到硒化铟材料分散溶液；之后进行离心，离心参数为1500~3000rpm.10min。优选离心的参数为2000 rpm.10min。
（6）旋涂制样：将离心的溶液在硅片上旋涂制样，旋涂制样的仪器为甩胶机，旋涂的参数为2000rpm，旋涂时间为60s，得到二维层状硒化铟材料。
本发明中硒化铟/二硫化钼（In2Se3/ MoS2）异质结制备方法，包括以下步骤。
（1）硒化铟/二硫化钼样品制备：使用转移台将机械剥离法制备的MoS2样品转移至数字硅片上，然后将电化学剥离法制备的In2Se3薄膜转移至MoS2样品上。
（2）涂胶：用取液器取适量聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）滴在数字硅片上，以3000rpm.40 s的甩胶参数旋涂，直至完全覆盖整个硅片表面，然后将硅片放在加热台上并在150℃的温度下烘烤3 min。
（3）曝光：采用聚焦离子束扫描电镜的电子束刻蚀功能刻蚀电极。
（4）显影：将样品放在显影液中显影45s，然后放在异丙醇中浸泡，之后取出用吹耳球将溶液吹干净。
（5）镀膜、去胶：使用电子束蒸发镀膜机蒸镀Ti/Ni合金电极（60 nmTi和10 nmNi）。蒸镀完电极后就可以取出样品硅片，然后放在丙酮中浸泡去胶，得到硒化铟/二硫化钼异质结。
本发明具有以下有益效果。
（1）本发明制备In2Se3材料操作容易、成本低、产量高、工艺过程简单、步骤少、生产周期短、环境友好的优点，产品的结构优异，能获得大面积超薄的In2Se3薄片，同时获剥离出的In2Se3表面厚度均匀，层数少，薄片尺寸约30微米，经过PFM测试发现剥离的In2Se3薄膜具有铁电性。
（2）将制备出的In2Se3薄膜与其它材料（如MoS2）组合制成异质结，具有良好的电特性曲线。
（3）本发明区别于其他制备方法在于反应温度为室温，不需要外加温度。
附图说明
图1为本发明的电化学剥离法制备二维层状In2Se3材料的方法采用的实验反应装置示意图。
图2为溶质浓度0.1mol/L，剥离时间1h，剥离电压3V，溶质分别为四丙基溴化铵、四丁基溴化铵、四己基溴化铵所剥离的样品光学对比图。
图3为溶质浓度0.1mol/L，剥离时间1h，溶质为四己基溴化铵，剥离电压分别为2V、3V、4V所剥离的样品光学对比图。
图4为溶质浓度0.1mol/L，剥离时间1h，溶质为四丁基溴化铵，剥离电压为3V所剥离的样品光学图。
图5为溶质浓度0.1mol/L，剥离时间1h，溶质为四己基溴化铵，剥离电压3V的样品所获得的TEM图。
图6为溶质浓度0.1mol/L，剥离时间1h，溶质为四丁基溴化铵，剥离电压为3V所剥离的样品的PFM图，其中图(a)是形貌图，图(b)是振幅图，图(c)是相位图。
图7为溶质浓度0.1mol/L，剥离时间1h，溶质为四丁基溴化铵，剥离电压为3V所剥离样品制作的器件结构图及测试的特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明，但不是对本发明的限定。
实施例1
（1）准备In2Se3晶体、二甲基甲酰胺、四己基溴化铵、金属铂片、直流电源、丙酮、限域网、铁架台和导电夹子。
（2）用四己基溴化铵溶解于二甲基溴化氨溶液中，配制浓度为0.1mol/L的电化学剥离溶液。
（3）将In2Se3与金属网作为阳极，金属铂片作为阴极，阳极阴极间距为4cm；在电解槽中倒入步骤（2）的电化学剥离溶液，连接直流电源。
（4）直流电源恒压3V剥离1h，直到In2Se3材料完全剥离。
（5）洗涤、离心：将剥离后的In2Se3材料用二甲基甲酰胺洗涤，得到插层In2Se3材料，洗涤的时间为5min，参数为5000rpm，共洗涤6次。然后，将插层In2Se3材料放入丙酮中分散，以2000 rpm的速率，离心10min，收集离心管中的上清夜后得到In2Se3的丙酮溶液，洗涤和离心的仪器都是离心机。
（6）旋涂制样：将得到的In2Se3的丙酮溶液滴在硅片上旋涂制样，旋涂的速度为2000rpm，旋涂时间为60s，旋涂制样过程所使用的仪器是甩胶机。
（7）随后用氮气枪将硅片上残留的溶液吹干，即得到In2Se3样品。其得到的In2Se3薄片如图2（c）所示。
实施例2
实施例2的制备方法所采用的技术条件和参数，除剥离溶质为四丙基溴化铵之外，其它技术条件和参数与实施例1相同，其得到的In2Se3薄片如图2（a）所示。
实施例3
实施例3的制备方法所采用的技术条件和参数，除剥离溶质为四丁基溴化铵之外，其它技术条件和参数与实施例1相同，其得到的In2Se3薄片如图2（b）、4所示。
对实施例3中电化学剥离法制备的In2Se3薄膜进行了TEM表征，表征结果如图5所示。该衍射花样与块材衍射花样一致，证明该剥离参数下制备的In2Se3薄膜是单晶薄膜，剥离未破坏该材料的晶体结构。
之后再进行PFM表征，表征结果如图6所示。证明该剥离参数下制备的In2Se3薄膜具有铁电性。
将薄膜与MoS2组装制备In2Se3/ MoS2异质结，异质结光学显微图、异质结结构示意图及测试该异质结所得的特性曲线如图7所示。
实施例4
实施例4的制备方法所采用的技术条件和参数，除剥离电压是2V之外，其它技术条件和参数与实施例1相同，其得到的In2Se3薄片如图3（a）所示。
实施例5
实施例5的制备方法所采用的技术条件和参数，除剥离电压是4V之外，其它技术条件和参数与实施例1相同，其得到的In2Se3薄片如图3（c）所示。
通过实施例1~3可知，在电解质为四丙基溴化铵、四丁基溴化铵、四己基溴化铵时都可以剥离出In2Se3薄片，其中电解质为四己基溴化铵时样品最优。
通过实施例4~5可知，在剥离电压为2~4V时都可以剥离出In2Se3薄片，其中电压为3V时样品最优。
对比例1。
对比例1的制备方法所采用的技术条件和参数，除剥离溶质为四乙基溴化铵之外，其它技术条件和参数与实施例1相同。通过观察发现，In2Se3没有发生膨胀脱落现象，保持最初的状态，说明使用四乙基溴化铵作为溶质不发生电化学剥离。
对比例2。
对比例2的制备方法所采用的技术条件和参数，除剥离电压是1V之外，其它技术条件和参数与实施例3相同，通过观察发现，In2Se3没有发生膨胀脱落现象，保持最初的状态，说明电压为1V时不发生电化学剥离。
对比例3。
对比例3的制备方法所采用的技术条件和参数，除剥离电压是1.5V之外，其它技术条件和参数与实施例3相同，通过观察发现，In2Se3没有发生膨胀脱落现象，保持最初的状态，说明电压为1.5V时不发生电化学剥离。

Claims (3)

1.一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将电解质配置成浓度为0.1mol/L电化学剥离溶液；所述电解质为四丙基溴化铵、四丁基溴化铵或四己基溴化铵；
（2）将包裹硒化铟材料的金属网连接电源负极作为阳极，金属片连接电源正极作为阴极，阳极与阴极的间隔距离为4cm，使金属网垂直于金属片；在电解槽中倒入电化学剥离溶液后连接直流电源；
（3）直流电源恒压2~4V，剥离1~3h，直到硒化铟材料完全剥离，本步骤在手套箱中进行；
（4）收集剥离后的硒化铟材料在离心机中用二甲基甲酰胺洗涤，洗涤参数为5000rpm.5min，洗涤6次，得到插层硒化铟材料；
（5）将插层硒化铟材料放入丙酮中分散，得到硒化铟材料分散溶液；之后进行离心，离心参数为1500~3000rpm.10min；
（6）旋涂制样：将离心的溶液用甩胶机在硅片上旋涂制样，旋涂的参数为2000rpm，旋涂时间为60s，得到二维层状硒化铟材料。
2.根据权利要求1所述的一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法，其特征是所述金属网为铂网，金属片为铂片。
3.根据权利要求1所述的一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法，其特征是步骤（5）所述的离心参数为2000 rpm.10min。
CN202310657295.9A 2023-06-05 2023-06-05 一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟的方法 Pending CN116553491A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310657295.9A CN116553491A (zh) 2023-06-05 2023-06-05 一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310657295.9A CN116553491A (zh) 2023-06-05 2023-06-05 一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116553491A true CN116553491A (zh) 2023-08-08

Family

ID=87494640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310657295.9A Pending CN116553491A (zh) 2023-06-05 2023-06-05 一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116553491A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105858646A (zh) * 2016-04-19 2016-08-17 北京航空航天大学 一种透明薄膜的制备方法
WO2019245990A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-26 The Regents Of The University Of California General solution-processable approach to high-quality two-dimensional ink materials for printable high-performance large-area and low-cost devices
CN112829151A (zh) * 2020-12-16 2021-05-25 东北林业大学 一种通过电化学插层制备InSe薄膜的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105858646A (zh) * 2016-04-19 2016-08-17 北京航空航天大学 一种透明薄膜的制备方法
WO2019245990A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-26 The Regents Of The University Of California General solution-processable approach to high-quality two-dimensional ink materials for printable high-performance large-area and low-cost devices
CN112829151A (zh) * 2020-12-16 2021-05-25 东北林业大学 一种通过电化学插层制备InSe薄膜的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Faraj et al. PET as a plastic substrate for the flexible optoelectronic applications
CN105858646B (zh) 一种透明薄膜的制备方法
Yadav SnO 2 thin film electrodes deposited by spray pyrolysis for electrochemical supercapacitor applications
Chandrashekar et al. A universal stamping method of graphene transfer for conducting flexible and transparent polymers
Li et al. Intrinsic flexible polypyrrole film with excellent electrochemical performance
CN109368607B (zh) 黑磷纳米片及其制备方法和应用
CN108666358B (zh) 过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯异质结的制备方法
De Alwis et al. Influence of the type of conducting glass substrate on the properties of electrodeposited CdS and CdTe thin films
CN116553491A (zh) 一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟的方法
Lin et al. Auger Electron Spectroscopy Analysis of the Thermally Induced Degradation of MAPbI3 Perovskite Films
Liu et al. The continuous fabrication of a high-performance triboelectric nanogenerator by a roll-to-roll process
CN108373483B (zh) 锡基钙钛矿及其制备方法、太阳能电池
JP5961355B2 (ja) 光誘起電荷分離素子、光電池及びそれらの製造方法
Oyeshola et al. Effect of low temperature synthesis of carbon nanotube nanocomposite on the photovoltaic performance of anode buffer layer in polymer solar cells
CN115259144B (zh) 一种基于石墨烯的高分子复合材料的制备方法和应用
Boyne et al. Vacuum thermal evaporation of polyaniline doped with camphor sulfonic acid
Zhao et al. Highly Stable CuS Nanotrough‐Networks Constructed on Arbitrate Substrate for Flexible Supercapacitor
Datta et al. Morphological tuning and defect-free lead halide perovskite by surface passivation for solar cell fabrication
Abdelaal et al. Fabrication of efficient and economical dye-sensitized solar cells using carbon-coated nanotextured silicon wafers counter electrodes
Mahanama et al. Optical and structural properties of CdS thin films prepared using electro-deposition technique
Matiur et al. Electrochemical impedance spectroscopy characterization of a bismuth oxyiodide (BiOI) electrochemical cell in terms of various morphologies
Kaur et al. Multilayered graphene/PET films: a promising approach for flexible and transparent electronic applications
KR20160124399A (ko) 고전도성 2차원 폴리아닐린 나노시트 및 그 제조 방법
Pahari et al. Enhanced Electrochemical Performance of Copper Oxide Nanoparticle Decorated Amorphous Carbon Nanotubes
CN109509838A (zh) 石墨烯电子传输层太阳电池及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination