CN117966269A - 一类多孔氧化物单晶材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一类多孔氧化物单晶材料及其制备方法和应用，所述多孔氧化物单晶材料含有10nm～1000nm的孔。该材料具有大尺寸、多孔的晶体结构，且具有自支撑结构，从而大幅提升氧化物器件性能，在为块状单晶时，作为一种新材料，在结构气体传感器、催化剂和光电器件中都有潜在的应用。该方法使用卤素单晶、磷酸盐单晶、氧族单晶、可挥发性金属盐单晶等四类单晶前驱体为母晶，在高温下由外及里转化生长，目标性原子层易挥发元素去除后，剩余元素重结晶制备多孔氧化物单晶材料，具有操作简单、重复性好的优点。
Description
技术领域
本申请涉及一类多孔氧化物单晶材料及其制备方法和应用，属于无机材料领域。
背景技术
二氧化锆是一种宽带隙(5.0-5.5eV)过渡金属氧化物，具有优异的机械、热、光学和电特性，可广泛应用于结构陶瓷器件、气体传感器、催化剂和光电器件等的制造。此外，二氧化锆具有氧化还原性能以及酸性和碱性特性，是一种理想的催化剂或催化剂载体。
二氧化锡是重要的宽带隙(3.6～4.0eV)金属氧化物半导体材料。二氧化锡理论上是典型的绝缘体，但由于晶格中的氧缺位，禁带内形成施主能级，向导带提供电子而具有n型半导体性质。二氧化锡是一种优良的、稳定的导电材料，熔点高，硬度高。二氧化锡纳米粒子因兼具纳米材料和半导体材料的双重特性，具有优良的物化性能，被广泛应用在气敏传感器、光催化剂、透明导电薄膜和电池电极等方面。目前制备的多孔二氧化锡电极研究已经非常广泛，但都是基于无定型或者多晶的二氧化锡粉末，晶界众多，限制了催化剂的性能；表面的终止原子不确定，严重限制了催化机理的深入研究。
对于块体材料来说，其具有高比表面积的有序多孔材料能促进固体骨架与气体分子之间的相互作用，多孔结构可以提供更多的表面活性中心。同时，孔道连通、孔径大的多孔材料有利于气体分子的扩散，从而保证了快速的响应和恢复。多孔材料具有比表面积高、孔径均一且可调等优点，引起了人们的广泛兴趣。而单晶材料以其具有长程有序、均匀性、无晶界等特点而被广泛的应用于半导体光学领域以及超导领域等。金属性多孔固体材料在光催化和电化学能源存储方面具有重要的应用。现有制备纳米多孔材料的方法如模板法(use of templates)、起泡法(bubbling)、脱合金成分腐蚀法(dealloying)、柯肯特尔效应法(Kirkendall effect)，共振渗透法(collective osmotic shock)等，其方法复杂，并且所能制备的最大晶体尺度仅在微米量级，欠缺一种可以制备宏观尺度纳米多孔氧化物单晶晶体的方法。
因此，有必要提供一些制备大尺寸纳米多孔氧化物单晶晶体的方法，来为氧化物基电极提供优质的大尺寸的纳米多孔氧化物单晶材料。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一类多孔氧化物单晶材料，该材料为大尺寸、多孔的晶体结构，且具有自支撑结构，从而大幅提升氧化物器件性能。
一类多孔氧化物单晶材料，所述多孔氧化物单晶材料含有10nm～1000nm的孔。
可选地，所述多孔氧化物单晶材料含有10nm～500nm的孔。
可选地，所述多孔氧化物单晶材料含有10nm～300nm的孔。
可选地，所述多孔氧化物单晶材料含有500nm～1000nm的孔。
可选地，所述多孔氧化物单晶材料为自支撑结构。
可选地，所述多孔氧化物单晶材料的孔为蠕状。
可选地，所述多孔氧化物单晶材料的孔为三维无序连通孔。
可选地，所述多孔氧化物单晶材料为多孔氧化物单晶薄膜和/或多孔氧化物单晶晶体。
可选地，所述多孔氧化物单晶薄膜的表面为多孔氧化物单晶的(410)面、(-111)面、(111)面中的至少一面。
可选地，所述多孔氧化物单晶薄膜的表面为多孔氧化物单晶的(012)面、(110)面、(310)面中的至少一面。
可选地，所述多孔氧化物单晶薄膜的表面为多孔氧化物单晶的(100)面、(110)面、(111)面中的至少一面。
可选地，所述多孔氧化物单晶薄膜的表面为多孔氧化物单晶的(111)面。
可选地，所述多孔氧化物单晶薄膜的表面为多孔氧化物单晶的(200)面、(121)面、(110)面中的至少一面。
可选地，所述多孔氧化物单晶晶体尺寸为0.1cm～30cm。
可选地，所述多孔氧化物单晶晶体尺寸为0.5cm～20cm；
可选地，所述多孔氧化物单晶薄膜的厚度为10nm～100μm。
根据本申请的第二个方面，提供一类多孔氧化物单晶材料的制备方法。该方法使用卤素单晶、磷酸盐单晶、氧族单晶、可挥发性金属盐单晶等四类单晶前驱体为母晶，在高温下由外及里转化生长，目标性原子层易挥发元素去除后，剩余元素重结晶制备多孔氧化物单晶材料。
一类多孔氧化物单晶材料的制备方法，包括以下步骤：
将单晶衬底置于含氧气氛接触反应，在单晶衬底上生长得到多孔氧化物单晶材料。
可选地，所述单晶衬底选自卤素单晶、磷酸盐单晶、氧族单晶、可挥发性金属盐单晶中的至少一种。
可选地，所述含氧气氛还包括氮气、氩气、氨气、氢气中的至少一种；
其中，氮气的流量记为a，氩气的流量记为b，氨气的流量记为c，氢气的流量记为d，氧气的流量记为e，满足：
0SLM≤a≤100SLM；
0SLM≤b≤100SLM；
0SLM≤c≤100SLM；
0SLM≤d≤100SLM；
0.01SLM≤e≤100SLM
可选地，所述反应的条件如下：
温度为323K～1873K；
时间为1min～500h；
可选地，温度独立地选自323K、373K、423K、473K、523K、573K、623K、673K、723K、773K、823K、873K、923K、1073K、1123K、1173K、1223K、1323K、1373K、1423K、1473K、1573K、1673K、1773K、1873K中的任意值或任意两者之间的范围值。
可选地，压力为0.1Torr～1000Torr。
可选地，所述反应的条件如下：
当所述单晶衬底为ZrS2、ZrF4时，温度为873K～1273K；
时间为5h～30h；
压力为10Torr～200Torr。
当所述单晶衬底为ZrS2时，温度为1073K～1273K；
时间为5h～30h；
压力为100Torr～200Torr。
当所述单晶衬底为ZrF4时，温度为873K～1073K；
时间为5h～20h；
压力为10Torr～200Torr。
可选地，当所述单晶衬底为二硫化锡时，温度为573K～873K；
时间为3h～30h；
压力为100Torr～400Torr。
可选地，当所述单晶衬底为NiBr2、NiCl2时，温度为873K～1073K；
时间为5h～30h；
压力为10Torr～200Torr。
当所述单晶衬底为NiBr2时，温度为873K～1073K；
时间为5h～30h；
压力为10Torr～200Torr。
当所述单晶衬底为NiCl2时，温度为873K～1073K；
时间为5h～30h；
压力为10Torr～200Torr。
可选地，当所述单晶衬底为ZnS时，温度为823K～973K；
时间为5h～30h；
压力为200Torr～500Torr。
可选地，当所述单晶衬底为四溴化碲时，温度为473K～773K；
时间为5h～30h；
压力为100Torr～400Torr。
根据本申请的第三个方面，提供一类多孔氧化物单晶材料的应用。
上述所述的多孔氧化物单晶材料和/或上述所述的制备方法得到的多孔氧化物单晶材料在催化材料、光电材料、催化剂中的应用。
本申请生长的多孔氧化物单晶材料将有序的晶格结构和无序的相互连接的孔隙结合起来，形成清晰的表面结构。多孔单晶材料的单晶特性提供了类似大块单晶的更高的稳定性和类似纳米晶体的更高的催化活性，在催化领域具有广泛应用。此外，本申请所述方法不仅解决了现有制备纳米多孔晶体材料的方法复杂且仅限微米量级的晶体制备尺度，不利于规模化生产和应用的问题，而且为氧化物基器件提供质优价廉的同质大尺寸纳米多孔氧化锆、氧化锡、氧化铋、氧化硅、氧化锗、氧化镍、氧化钇、氧化硒、氧化碲等氧化物单晶衬底，从而大幅提升这些氧化物基器件性能。
(一)多孔二氧化锆
本申请提供了制备大尺寸410面、-111面、111面的纳米多孔二氧化锆单晶薄膜及自支撑纳米多孔二氧化锆晶体的方法，它涉及一种制备大尺寸纳米多孔单晶晶体的方法，尤其是氧化生长制备大尺寸纳米多孔二氧化锆单晶晶体的方法。制备纳米多孔二氧化锆单晶薄膜的方法：将硫化锆单晶衬底置于高温含氧氛围中，硫化锆单晶衬底表面氧化生长出纳米多孔二氧化锆。ZrF4单晶衬底置于高温含氧氛围中，ZrF4单晶衬底表面首先氧化转化生长出纳米多孔二氧化锆，随着氧化时间的增加，ZrF4单晶衬底完全氧化转化生长成自支撑纳米多孔二氧化锆单晶晶体。
可选地，所述多孔二氧化锆单晶薄膜的表面为多孔二氧化锆单晶的(410)面、(-111)面、(111)面中的至少一面。
本申请的另一方面，提供了上述任一项所述的多孔二氧化锆单晶材料的制备方法，至少包括：将锆源与含有氧气的气氛接触反应，得到所述多孔二氧化锆单晶材料；
其中，所述锆源选自锆源选自ZrS2、ZrF4单晶材料中的至少一种。
可选地，所述ZrS2单晶为(001)面ZrS2晶体，ZrF4单晶为(110)面ZrF4晶体。
可选地，所述ZrS2单晶材料与含有氧气的气氛接触的是ZrS2单晶为(001)面。
可选地，所述ZrF4单晶材料与含有氧气的气氛接触的是ZrF4单晶为(110)面。
可选地，所述ZrS2单晶材料是ZrS2单晶片；ZrS2单晶片面积最大的面是单晶的(001)面与含有氧气的气氛接触。
可选地，所述ZrF4单晶材料是ZrF4单晶片；ZrF4单晶片面积最大的面是单晶的(110)面与含有氧气的气氛接触。
将多孔二氧化锆单晶继续生长为薄膜。
(a)将ZrS2单晶片置于气相外延生长反应室中，在高温含氧氛围中ZrS2单晶片完全氧化转化生长成纳米多孔二氧化锆单晶薄膜；
(b)将ZrF4单晶，置于气相外延生长反应室中，在高温含氧氛围中单晶表面氧化生长出纳米多孔二氧化锆单晶薄膜，随着氧化时间的增加，进一步进行氧化转化生长，将ZrF4单晶衬底完全氧化转化生长成自支撑纳米多孔二氧化锆单晶晶体；
可选地，所述(a)中的ZrS2单晶的尺度范围：0.1cm～1cm。
可选地，所述(b)中的ZrF4单晶的尺度范围：0.1cm～3cm。
可选地，所述(a)中高温氧化转化生长温度范围：1073K～1273K。
可选地，所述(b)中高温氧化转化生长温度范围：823K～923K。
可选地，所述(a)中含氧氛围采用c流量的氩气+e流量的氧气气流，其中0SLM≤c≤100SLM、0.01SLM≤e≤100SLM。
可选地，所述(b)中含氨氛围采用c流量的氩气+e流量的氧气气流，其中0SLM≤c≤100SLM、0.01SLM≤e≤100SLM。
可选地，所述(a)中氧化时间范围：30分钟～20小时。
可选地，所述(b)中氧化时间范围：30分钟～20小时
可选地，所述(a)中氧化氛围压力范围：10Torr～300Torr。
可选地，所述(b)中氧化氛围压力范围：10Torr～200Torr。
(二)多孔氧化锡
本申请提供一种制备大尺寸012面、110面和310面的纳米多孔二氧化锡单晶薄膜及自支撑纳米多孔二氧化锡晶体的方法。与现有技术相比，本申请中所述的二氧化锡单晶材料中尺寸为0.1～20cm，且制得的二氧化锡单晶薄膜及体块的致密性好，结合牢固。此外，所述晶体材料的制备方法操作简单、重复性好、价格低廉可规模化生产。制备自支撑纳米多孔二氧化锡单晶晶体的方法：以二硫化锡单晶等含锡单晶作为衬底，通过氧化反应，生长二氧化锡单晶材料。置于高温含不同组分的气氛中，二硫化锡单晶衬底表面首先结晶转化生长出纳米多孔二氧化锡单晶薄膜，随着反应时间的增加，二硫化锡单晶衬底完全结晶转化生长成自支撑纳米多孔二氧化锡单晶晶体。所述多孔二氧化锡单晶材料，所述多孔二氧化锡单晶材料中含有10nm～500nm的孔。
可选地，所述多孔二氧化锡单晶材料中含有10nm～400nm的孔。
可选地，所述多孔二氧化锡单晶薄膜的表面为多孔二氧化锡单晶的012面、110面和310面中的至少一面。
可选地，所述多孔二氧化锡单晶材料是多孔二氧化锡单晶晶体时，晶体的最大表面为多孔二氧化锡单晶的012面、110面和310面中的至少一面。
将二硫化锡单晶材料在含氧气氛中，高温反应，得到所述多孔二氧化锡单晶材料；
可选地，所述二硫化锡单晶材料与含有氧气的气氛接触的是二硫化锡单晶的(001)面。
高温结晶转化生长温度范围：723K～823K。
含氧氛围采用a流量的氧气+b流量的氮气+c流量的氩气+d流量的氢气气流，其中0.02SLM≤a≤100SLM、0SLM≤b≤50SLM、0.02SLM≤c≤50SLM、0SLM≤d≤50SLM。
结晶时间范围：20分钟～30小时。
结晶氛围压力范围：10Torr～200Torr。
本申请中，SLM是Standard Litre Per Minute的缩写，表示标准状态下1L/min的流量。
本申请中，所述晶体的尺寸和晶体最大表面中一维的尺寸是指一块晶体上面积最大的面上相邻最远两点的距离。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的多孔氧化物单晶材料，具有大尺寸、多孔的晶体结构，且具有自支撑结构，从而大幅提升氧化物器件性能，在为块状单晶时，作为一种新材料，在结构气体传感器、催化剂和光电器件中都有潜在的应用。
2)本申请所提供的制备方法，该方法使用卤素单晶、磷酸盐单晶、氧族单晶、可挥发性金属盐单晶等四类单晶前驱体为母晶，在高温下由外及里转化生长，目标性原子层易挥发元素去除后，剩余元素重结晶制备多孔氧化物单晶材料，具有操作简单、重复性好的优点。
附图说明
图1为ZrS2制备的样品1#大尺寸(111)面多孔二氧化锆单晶晶体的XRD图。
图2为ZrS2制备的样品1#大尺寸(111)面多孔二氧化锆单晶晶体的SEM图。
图3为ZrF4制备的样品2#大尺寸(111)面多孔二氧化锆单晶晶体的SEM图。
图4为二硫化锡制备的样品14#大尺寸(110)面纳米多孔氧化锡单晶晶体的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买，其中：
其中，ZrF4单晶衬底由本课题组管式炉生长制得。将ZrF4药品1～3g置于刚玉管内，将刚玉管放置在管式炉中，以3℃/min升温速率升温至800℃，保温100～400min，以1℃/min降温速率降温至600℃，再以5℃/min降温速率降温至常温。
二硫化锡单晶为根据文献【Laursen A B,S,Dahl S,et al.Molybdenumsulfides—efficient and viable materials for electro-andphotoelectrocatalytic hydrogen evolution[J].Energy&Environmental Science,2012,5(2):5577-5591.】中的方法制备得到。
本申请的实施例中分析方法如下：
利用JEOL JSM 6330F型扫描电镜分析。
利用布鲁克D8 Advance X射线衍射仪进行物相结构分析。
(一)实施多孔二氧化锆制备
实施例1样品M1#和样品1#的制备
将尺寸为5cm的(001)面ZrS2单晶衬底，置于高纯氧化铝舟上，然后放入氧化铝管反应器中，通入含有氧气的气氛(气氛由氧气和氩气组成：氧气0.01SLM，氩气0.09SLM)并将体系加热至1173K，保持体系压力为150Torr，反应300分钟后，冷却至室温，即得生长在ZrS2单晶片衬底表面的多孔二氧化锆单晶薄膜样品，薄膜厚度为500nm，记为样品M1#。
将尺寸为5cm的(001)面ZrS2单晶衬底，置于高纯氧化铝舟上，然后放入氧化铝管反应器中，通入含有氧气的气氛(气氛由氧气和氩气组成：氧气0.01SLM，氩气0.09SLM)并将体系加热至1173K，保持体系压力为150Torr，反应15小时后，冷却至室温，即得多孔二氧化锆单晶晶体样品，记为样品1#，样品1#的晶体尺寸为5cm。
实施例2样品M2#和样品2#的制备
将尺寸为2cm的(110)面ZrF4单晶衬底，置于高纯氧化铝舟上，然后放入氧化铝管反应器中，通入含有氧气的气氛(气氛由氧气和氩气组成：氧气0.01SLM，氩气0.09SLM)并将体系加热至873K，保持体系压力为100Torr，反应300分钟后，冷却至室温，即得生长在ZrF4单晶片衬底表面的多孔二氧化锆单晶薄膜样品，薄膜厚度约为500nm，记为样品M2#。
将尺寸为2cm的(110)面ZrF4单晶衬底，置于高纯氧化铝舟上，然后放入氧化铝管反应器中，通入含有氧气的气氛(气氛由氧气和氩气组成：氧气0.01SLM，氩气0.09SLM)并将体系加热至873K，保持体系压力为100Torr，反应15小时后，冷却至室温，即得多孔二氧化锆单晶晶体样品，记为样品2#，样品2#的晶体尺寸为2cm。
实施例4样品M4#～样品M9#的制备
样品M4#～样品M7#的基本制备步骤同实施例1中的样品M1#，样品M8#～样品M9#的基本制备步骤同实施例2中的样品M2#，样品M10#～样品M11#的基本制备步骤同实施例3中的样品M3#，改变衬底和反应条件，得到不同的样品。样品编号与衬底和反应条件的关系如表1所示。
表1
其中，所述样品M4#～样品M9#的厚度为10nm～100μm范围内。
实施例5样品4#～样品9#的制备
样品4#～样品9#的基本制备步骤同实施例1中的样品1#，改变衬底和反应条件，得到不同的样品。样品编号与衬底和反应条件的关系如表2所示。
表2
| 样品编号 | 衬底、气氛、反应温度、反应压力 | 反应时间 |
| 4# | 同M4# | 15h |
| 5# | 同M5# | 15h |
| 6# | 同M6# | 15h |
| 7# | 同M7# | 15h |
| 8# | 同M8# | 15h |
| 9# | 同M9# | 15h |
实施例6样品M1#～样品M9#、样品1#～样品9#的形貌表征
采用扫描电镜对样品1#～样品8#的形貌进行了表征，结果显示，样品1#～样品11#均具有50nm～1000nm的孔。样品4#、样品5#、样品6#和样品7#的形貌与样品1#类似，以样品1#为典型代表，其(111)面纳米多孔二氧化锆单晶晶体的扫描电镜照片如图2、图3所示，由图可以看出二氧化锆具有多孔的骨架结构。样品8#和样品9#的形貌与样品2#类似，以样品2#为典型代表，其(-111)面纳米多孔二氧化锆单晶晶体的扫描电镜照片如图3所示，由图可以看出二氧化锆的多孔结构。。
样品M1#～样品M9#的扫描电镜照片分别与样品1#～样品9#类似，如样品M1#的扫描电镜照片与样品1#类似。其中，所述产品的孔范围均在50nm～1000nm范围内。
实施例7样品1#～样品9#的结构/元素表征
采用X射线晶体衍射以及电子束刻蚀结合透射电镜的方法对样品M1#～样品M2#、样品1#～样品9#进行了原子结构表征，结果显示，这些样品都是多孔的二氧化锆单晶。
由此可知，样品1#～样品9#均为二氧化锆单晶晶体，样品M1#～样品M2#均为二氧化锆单晶薄膜。
(二)实施多孔氧化锡制备
实施例10样品M14#和样品14#的制备
将尺寸为5cm2的(001)面二硫化锡单晶衬底，置于高纯氧化铝舟上，然后放入氧化铝管反应器中，通入气氛(气氛由氧气和氮气组成：氧气0.2SLM，氢气0.1SLM)并将体系加热至773K，保持体系压力为150Torr，反应180分钟后，冷却至室温，即得生长在二硫化锡单晶整料衬底表面的多孔二氧化锡单晶薄膜样品，薄膜厚度为500nm，记为样品M14#。
将尺寸为5cm2的(001)面二硫化锡单晶衬底，置于高纯氧化铝舟上，然后放入氧化铝管反应器中，通入气氛(气氛由氧气和氮气组成：氧气0.2SLM，氮气0.1SLM)并将体系加热至773K，保持体系压力为150Torr，反应150小时后，冷却至室温，即得多孔二氧化锡单晶晶体样品，记为样品14#，样品14#的晶体尺寸为5cm2。
实施例11样品M19#～样品M20#的制备
样品M19#～样品M20#的基本制备步骤同实施例10中的样品M14#，改变衬底和反应条件，得到不同的样品。样品编号与衬底和反应条件的关系如表3所示。
表3
其中，所述样品M19#～样品M20#的厚度为10nm～50μm范围内。
实施例12样品19#～样品20#的制备
样品19#～样品20#的基本制备步骤同实施例10中的样品14#，改变衬底和反应条件，得到不同的样品。样品编号与衬底和反应条件的关系如表4所示。
表4
| 样品编号 | 衬底、气氛、反应温度、反应压力 | 反应时间 |
| 19# | 同M19# | 150h |
| 20# | 同M20# | 150h |
实施例13样品M14#～样品M20#、样品14#～样品20#的形貌表征
采用扫描电镜对样品14#～样品20#的形貌进行了表征，结果显示，样品14#～样品20#均具有10nm～500nm的孔。样品19#和样品20#的形貌与样品14#类似，以样品14#为典型代表，其(110)面纳米多孔二氧化锡单晶晶体的扫描电镜照片如图4所示，由图可以看出二氧化锡的多孔结构。
样品M14#～样品M20#的扫描电镜照片分别与样品14#～样品20#类似，如样品M14#的扫描电镜照片与样品14#类似。其中，所述产品的孔范围均在10nm～500nm范围内。
实施例14样品14#～样品20#的结构/元素表征
采用X射线晶体衍射以及电子束刻蚀结合透射电镜的方法对样品M14#、样品14#～样品20#进行了原子结构表征，结果显示，这些样品都是多孔的二氧化锡单晶。
由此可知，样品M14#～样品M20#均为二氧化锡单晶薄膜，样品14#～样品20#均为二氧化锡单晶晶体。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (10)
1.一类多孔氧化物单晶材料，其特征在于，所述多孔氧化物单晶材料含有10nm～1000nm的孔。
2.根据权利要求1所述的多孔氧化物单晶材料，其特征在于，所述多孔氧化物单晶材料含有10nm～500nm的孔；
优选地，所述多孔氧化物单晶材料含有10nm～300nm的孔；
优选地，所述多孔氧化物单晶材料含有500nm～1000nm的孔；
优选地，所述多孔氧化物单晶材料为自支撑结构；
优选地，所述多孔氧化物单晶材料的孔为蠕状；
所述多孔氧化物单晶材料的孔为三维无序连通孔。
3.根据权利要求1所述的多孔氧化物单晶材料，其特征在于，所述多孔氧化物单晶材料为多孔氧化物单晶薄膜和/或多孔氧化物单晶晶体。
4.根据权利要求3所述的多孔氧化物单晶材料，其特征在于，所述多孔氧化物单晶薄膜的表面为多孔氧化物单晶的(410)面、(-111)面、(111)面中的至少一面；
优选地，所述多孔氧化物单晶薄膜的表面为多孔氧化物单晶的(012)面、(110)面、(310)面中的至少一面；
优选地，所述多孔氧化物单晶薄膜的表面为多孔氧化物单晶的(100)面、(110)面、(111)面中的至少一面；
优选地，所述多孔氧化物单晶薄膜的表面为多孔氧化物单晶的(111)面；
优选地，所述多孔氧化物单晶薄膜的表面为多孔氧化物单晶的(200)面、(121)面、(110)面中的至少一面。
5.根据权利要求1所述的多孔氧化物单晶材料，其特征在于，所述多孔氧化物单晶晶体尺寸为0.1cm～30cm；
优选地，所述多孔氧化物单晶晶体尺寸为0.5cm～20cm；
优选地，所述多孔氧化物单晶薄膜的厚度为10nm～100μm。
6.一类多孔氧化物单晶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将单晶衬底置于含氧气氛下接触反应，在单晶衬底上生长得到多孔氧化物单晶材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述单晶衬底选自卤素单晶、磷酸盐单晶、氧族单晶、可挥发性金属盐单晶中的至少一种；
优选地，所述含氧气氛还包括氮气、氩气、氨气、氢气中的至少一种；
其中，氮气的流量记为a，氩气的流量记为b，氨气的流量记为c，氢气的流量记为d，氧气的流量记为e满足：
0SLM≤a≤100SLM；
0SLM≤b≤100SLM；
0SLM≤c≤100SLM；
0SLM≤d≤100SLM；
0.01SLM≤e≤100SLM。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述反应的条件如下：
温度为323K～1873K；
时间为1min～500h；
优选地，压力为0.1Torr～1000Torr。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述反应的条件如下：
当所述单晶衬底为ZrS2、ZrF4时，温度为873K～1273K；
时间为5h～30h；
压力为10Torr～200Torr；
优选地，当所述单晶衬底为二硫化锡时，温度为573K～873K；
时间为3h～30h；
压力为100Torr～400Torr；
优选地，当所述单晶衬底为NiBr2、NiCl2时，温度为873K～1073K；
时间为5h～30h；
压力为10Torr～200Torr；
优选地，当所述单晶衬底为ZnS时，温度为823K～973K；
时间为5h～30h；
压力为200Torr～500Torr；
优选地，当所述单晶衬底为四溴化碲时，温度为473K～773K；
时间为5h～30h；
压力为100Torr～400Torr。
10.权利要求1～5任一项所述的多孔氧化物单晶材料和/或权利要求6～9任一项所述的制备方法得到的多孔氧化物单晶材料在催化材料、光电材料、催化剂中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211305784.XA CN117966269A (zh) | 2022-10-24 | 2022-10-24 | 一类多孔氧化物单晶材料及其制备方法和应用 |
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| CN202211305784.XA CN117966269A (zh) | 2022-10-24 | 2022-10-24 | 一类多孔氧化物单晶材料及其制备方法和应用 |
Publications (1)
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