[发明专利]一种工作电极及其制备方法、应用和光电探测器

说明书

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。本发明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。基于二维同主族二元异质结制备的工作电极、光电探测器和pH探测器，能够实现光信号探测和pH值探测。本发明还提供了该工作电极的制备方法、光电探测器和pH探测器。

技术领域

本发明涉及二维纳米材料及其应用领域，具体涉及一种工作电极，本发明还涉及该工作电极的制备方法，本发明还涉及一种包括上述工作电极的光电探测器，本发明还涉及该工作电极在pH探测和光探测中的应用。

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；