[发明专利]一种黑磷烯量子点修饰的石墨烯薄膜的电泳沉积制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种黑磷烯量子点修饰的石墨烯薄膜的电泳沉积制备方法，属于纳米薄膜制备技术。

背景技术

二维纳米材料如石墨烯、过渡金属硫化物等，以其优异的物理和结构特性已经在电子、传感和光电器件等多领域表现出非凡的应用潜力。其中，石墨烯作为最具代表性的二维材料已经被广泛研究。它具有超高的载流子迁移率，但缺乏带隙却严重阻碍了石墨烯在逻辑半导体器件如场效应晶体管中的应用。而作为过渡金属硫化物半导体家族的代表成员，二硫化钼(MoS₂)具有明显的带隙，且在n-型晶体管中表现出优异的开关比特性(>10⁸)。然而，MoS₂中结构缺陷存在可能会导致电子迁移率的降低，从而影响它的电学性能。因此，探索更多的新型功能二维半导体材料仍然意义重大。近年来，具有单层或者少层黑磷原子层结构的黑磷烯，以其较高的的载流子迁移率(200～1000cm²V^-1s^-1)、可调节的直接带隙、较大的开关比特性(10⁴～10⁵)和各向异性等，逐渐成为最具潜力的适用于高性能电子和光电子器件的二维半导体材料。因此，亟须一种合成制备方法，能够将黑磷烯和石墨烯两种二维材料结合起来，形成同时具有两者优异物理特性的复合材料，必将拓宽黑磷烯和石墨烯复合材料在电子、光电器件以及光学等诸多领域的潜在应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种黑磷烯量子点修饰的石墨烯薄膜的电泳沉积制备方法，利用电泳沉积方法作为成膜技术，加以后续的还原步骤，可实现黑磷烯量子点修饰的石墨烯薄膜的简单、快速制备，具有低成本、规模化制备的潜能。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种黑磷烯量子点修饰的石墨烯薄膜的电泳沉积制备方法，首先将液相超声制备的黑磷烯量子点加入到含有氧化石墨烯的有机溶剂分散液中，采用水浴超声混合的方法使黑磷烯量子点充分吸附到氧化石墨烯的表面，最终形成混合分散液；然后以导电基底为正极，以石墨棒为负极，将导电基底和石墨棒置于混合分散液中，对导电基底和石墨棒外加恒定的直流电压，使带负电性的氧化石墨烯电泳沉积到导电基底上形成黑磷烯量子点修饰的氧化石墨烯薄膜；最后将沉积氧化石墨烯薄膜的导电基底取出并用乙醇冲洗干净，在氩气或氮气保护下高温将氧化石墨烯薄膜还原为黑磷烯量子点修饰的石墨烯薄膜，所述高温为500～1200℃。

该方法包括如下步骤：

(1)将液相超声制备的黑磷烯量子点加入到含有氧化石墨烯的有机溶剂分散液中，采用水浴超声混合的方法使黑磷烯量子点充分吸附到氧化石墨烯的表面，最终形成混合分散液；所述有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、异丙醇(IPA)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[BMIM][BF₄]、碳酸乙烯酯(EC)、乙腈、1-丁基-三甲基咪唑二氰胺[BMIM][N(CN₂)]、N-环乙基-2-吡咯烷中的一种；

(2)以导电基底为正极，以石墨棒为负极，将导电基底和石墨棒置于混合分散液中，对导电基底和石墨棒外加恒定的直流电压，使带负电性的氧化石墨烯电泳沉积到导电基底上形成黑磷烯量子点修饰的氧化石墨烯薄膜；所述直流电压为0.1～36V；所述导电基底为金属钛、硅片、导电玻璃、碳化硅、金箔中的一种；沉积时间为1～30min；

(3)将沉积氧化石墨烯薄膜的导电基底取出并用乙醇冲洗干净，在氩气或氮气保护下高温将氧化石墨烯薄膜还原为黑磷烯量子点修饰的石墨烯薄膜，所述高温为500～1200℃。

有益效果：本发明提供的黑磷烯量子点修饰的石墨烯薄膜的电泳沉积制备方法，利用电泳沉积方法作为成膜技术，加以后续的还原步骤，可实现黑磷烯量子点修饰的石墨烯薄膜的简单、快速制备，具有低成本、规模化制备的潜能。该制备方法利用液相环境下的两电极电沉积体系，在外加直流恒定电压条件下，使得带负电性的氧化石墨烯电泳沉积到基底上形成黑磷烯量子点修饰的氧化石墨烯薄膜。这种简单的电泳沉积成膜技术可进一步放大到工业化规模化生产，因而具有高度的扩展性和广泛的应用性。由于目前没有任何文献和专利已经报道黑磷烯量子点和石墨烯复合薄膜的制备方法，因此本发明的制备方法填补了这一空白，具有极大的应用前景。

附图说明