制备钙钛矿/二硫化钼异质结的方法

1.本发明属于材料合成领域，具体而言，是一种直接合成钙钛矿/二硫化钼（mos2）异质结的方法。


背景技术：

2.近年来，钙钛矿/二维材料异质结构中不需要热退火或特定的几何排列的显著层间激子发射，并且层间激子发射在钙钛矿和二维材料中相当普遍。这种层间激子发射完全支配了78 k时的发射光谱，表明钙钛矿/二维材料异质结构中存在稳定的层间耦合。此外，由于偶极-偶极相互作用，层间激子发射随激光强度的增加而发生较大的蓝移，且在220k以上仍能持续。层间激子发射也具有鲁棒的圆极化，可用于操纵谷电子学器件的谷自由度。将为探索钙钛矿和二维材料中的层间耦合和相关物理过程提供一个良好的平台，并进一步激发更多的研究，以理解和控制激子效应，以及相关的光电子应用在宽谱响应的范德华异质结构中。
3.传统制备方法包括化学气相沉积法、物理气相沉积法、外延法等。均在合成异质结过程中需要各种有机试剂的参与。大量化学有机试剂的使用不仅对所合成的物质的纯度有影响，并且合成的步骤也相对繁琐。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种方法简便的制备钙钛矿/二硫化钼异质结的方法。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制备钙钛矿/二硫化钼异质结的方法，包括：步骤一，将碘化铯、碘化铋的混合粉末放置在石英管中，加入碘单质作为运输剂，云母片基底放入石英管；将石英管抽真空处理后密封；步骤二，将石英管放置在管式炉中进行反应，反应完成后，取出云母片基底；步骤三，将二氧化钼、硫的混合粉末放置在石英管中，加入碘单质作为运输剂，将步骤二获得的云母片基底放入石英管；将石英管抽真空处理后密封；步骤四，将石英管放置在管式炉中进行反应，反应完成后获得钙钛矿/二硫化钼异质结。
6.进一步地，步骤一中，将碘化铯、碘化铋的混合粉末分别按照摩尔比1：（0.5-2）称量，然后放置在石英管底部。
7.进一步地，步骤一中，在石英管底部上方5cm处打一缩进，并将清洁好的云母片基底放入该缩进处，再次在石英管底部上方13cm处打一缩进，将堵头放入，并用封口膜封住试管口。
8.进一步地，步骤一中，在烧杯中放入丙酮溶液，并在丙酮溶液中放入干冰，把石英管放入烧杯内，然后将石英管与真空泵连接进行抽真空处理，抽真空至1
×
10-4
pa
ꢀ‑4×
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pa的真空度之后使用甲烷焰喷枪将石英管密封。
9.进一步地，步骤二中，将石英管放入单温区管式炉中进行反应，设置用60分钟升到700℃，降温至500℃保温30分钟。
10.进一步地，步骤三中，将二氧化钼、硫的混合粉末分别按照摩尔比1：（0.5-2）称量，然后放置在石英管底部。
11.进一步地，步骤三中，在石英管底部上方5cm处打一缩进，并将步骤二获得的云母片基底放入该缩进处，再次在石英管底部上方13cm处打一缩进，将堵头放入，并用封口膜封住试管口。
12.进一步地，步骤三中，在烧杯中放入丙酮溶液，并在丙酮溶液中放入干冰，把石英管放入烧杯内，然后将石英管与真空泵连接进行抽真空处理，抽真空至1
×
10-4
pa
ꢀ‑4×
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pa的真空度之后使用甲烷焰喷枪将石英管密封。
13.进一步地，步骤四中，将石英管放入单温区管式炉中进行反应，设置用40分钟升到700℃，并在700℃保温30分钟。
14.本发明还要求保护根据以上方法获得的钙钛矿/二硫化钼异质结。
15.本发明首次通过化学气相运输法制备了高质量的钙钛矿/mos2异质结，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过化学气相运输法，采用碘化铯、碘化铋、二氧化钼、硫作为原料，碘单质作为输运剂，避免了传统方法合成异质结过程中需要各种有机试剂的参与，产品的纯度高。
16.制备方法兼具快速、成本低的优点，并且原料价格便宜，易得，均为市场所售产品，容易实施。
17.通过该方法制备出的钙钛矿/mos2异质结质量较高，连续性以及均匀性较好，在空气中表现出非常好的稳定性，具体表现为可在空气中保存五个月以上。
附图说明
18.图1为本发明实施例1制备的钙钛矿/mos2异质结的光学显微镜图像。
19.图2为本发明实施例1制备的钙钛矿/mos2异质结的拉曼光谱图像。
20.图3为本发明实施例1制备的钙钛矿/mos2异质结的光致发光光谱图。
具体实施方式
21.本发明一种典型的实施方式提供的制备钙钛矿/二硫化钼异质结的方法，包括以下步骤。
22.步骤一，将碘化铯、碘化铋的混合粉末放置在石英管中，加入碘单质作为运输剂，云母片基底放入石英管；将石英管抽真空处理后密封。
23.步骤一中，将碘化铯、碘化铋的混合粉末分别按照摩尔比1：（0.5-2）称量，优选地，碘化铯、碘化铋摩尔比为1：1，然后将混合粉末放置在石英管底部。
24.步骤一中，在石英管底部上方5cm处打一缩进，并将清洁好的云母片基底放入该缩进处，再次在石英管底部上方13cm处打一缩进，将堵头放入此缩进处，并用封口膜封住试管口。该步骤中所述的缩进是指用火焰枪在石英管周围烘烤一圈，使其管壁向里凹陷。
25.步骤一中，在烧杯中放入丙酮溶液，并在丙酮溶液中放入干冰，干冰的作用是降低即将要放入石英管的温度，防止石英管中的碘挥发，把石英管放入装有干冰和丙酮溶液的
烧杯内，然后将石英管与真空泵连接进行抽真空处理，抽真空至1
×
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pa
ꢀ‑4×
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pa的真空度之后使用甲烷焰喷枪将石英管密封。
26.步骤二，将石英管放置在管式炉中进行反应，反应完成后，取出云母片基底，用光学显微镜可观察到云母片上所合成的钙钛矿。
27.步骤二中，将石英管放入单温区管式炉中进行反应，设置用60分钟升到700℃，降温至500℃保温30分钟。
28.步骤三，将二氧化钼、硫的混合粉末放置在石英管中，加入碘单质作为运输剂，将步骤二获得的云母片基底放入石英管；将石英管抽真空处理后密封。
29.步骤三中，将二氧化钼、硫的混合粉末分别按照摩尔比1：（0.5-2）称量，优选地，二氧化钼与硫的摩尔比为1：1，然后将混合粉末放置在石英管底部。
30.步骤三中，在石英管底部上方5cm处打一缩进，并将步骤二获得的云母片基底放入该缩进处，再次在石英管底部上方13cm处打一缩进，将堵头放入，并用封口膜封住试管口。打缩进的方法与步骤一相同。
31.步骤三中，在烧杯中放入丙酮溶液，并在丙酮溶液中放入干冰，把石英管放入烧杯内，然后将石英管与真空泵连接进行抽真空处理，抽真空至1
×
10-4
pa
ꢀ‑4×
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pa的真空度之后使用甲烷焰喷枪将石英管密封。
32.步骤四，将石英管放置在管式炉中进行反应，反应完成后获得钙钛矿/二硫化钼异质结。
33.步骤四中，将石英管放入单温区管式炉中进行反应，设置用40分钟升到700
°
，并在700
°
保温30分钟。
34.以上步骤中，利用直径为50 mm的石英管式炉生长钙钛矿/mos2异质结。在合成过程中，所用原料的称取均在手套箱中称取，减少了空气中各种元素对原料的影响。
35.通过下列的实施例来具体描述本发明，其中所用到的原料和输运剂均为市售可获得产品。
36.实施例1步骤（1）：先在手套箱中准备高纯碘化铯、碘化铋，首先将碘化铯、碘化铋的混合粉末分别按照摩尔比1：1称量，然后放置在石英管底部，在此之后加入碘单质作为运输剂，在石英管底部上方5cm处打一缩进，并将清洁好的云母片基底放入石英管缩进处，再次在石英管底部上方13cm处打一缩进，将堵头放入，并用封口膜封住试管口。
37.步骤（2）：在烧杯中放入丙酮溶液，并在溶液中放入干冰，把石英管放入烧杯内。
38.步骤（3）：将石英管与真空泵连接，待抽至2
×
10-4
pa 的真空度之后使用甲烷焰喷枪将石英管密封。
39.步骤（4）：待石英管冷却后将石英管水平放置在单温区管式炉进行反应，设置用60分钟升到700
°
，并在500
°
保温30分钟。
40.步骤（5）：待反应完成后，取出云母片。
41.步骤（6）：按相同的步骤，再在手套箱中准备二氧化钼、硫，首先将二氧化钼、硫的混合粉末分别按照摩尔比1：1称量，然后放置在石英管底部，在此之后加入碘单质作为运输剂，在石英管底部上方5cm处打一缩进，并将步骤五中的云母片基底放入石英管缩进处，再次在石英管底部上方13cm处打一缩进。将堵头放入，并用封口膜封住试管口。
42.步骤（7）：在烧杯中放入丙酮溶液，并在其溶液中放入干冰，把石英管放入烧杯内。
43.步骤（8）：将石英管与真空泵连接，待抽至2
×
10-4
pa 的真空度之后使用甲烷焰喷枪将石英管密封。
44.步骤（9）：待石英管冷却后将石英管水平放置在管式炉中进行反应，可以选择单温区管式炉进行反应。设置用40分钟升到700
°
，并在700
°
保温30分钟。生成产物的化学式为cs3bi2i9/mos2。
45.反应完成后用光学显微镜可以观察到云母片上所生长的异质结形貌图如1所示，可以看到外层为三角形形状，内层为六边形形状，形貌较好。
46.实施例2步骤（1）：先在手套箱中准备高纯碘化铯、碘化铋，首先将碘化铯、碘化铋的混合粉末分别按照摩尔比1：0.5称量，然后放置在石英管底部，在此之后加入碘单质作为运输剂，在石英管底部上方5cm处打一缩进，并将清洁好的云母片基底放入石英管缩进处，再次在石英管底部上方13cm处打一缩进。将堵头放入，并用封口膜封住试管口。
47.步骤（2）：在烧杯中放入丙酮溶液，并在其溶液中放入干冰，把石英管放入烧杯内。
48.步骤（3）：将石英管与真空泵连接，待抽至1
×
10-4
pa 的真空度之后使用甲烷焰喷枪将石英管密封。
49.步骤（4）：待石英管冷却后将石英管水平放置在管式炉中进行反应，可以选择单温区管式炉进行反应。设置用60分钟升到700
°
，并在500
°
保温30分钟。
50.步骤（5）：待反应完成后，取出云母片，用光学显微镜观察所合成的钙钛矿。
51.步骤（6）：按相同的步骤，再在手套箱中准备二氧化钼、硫，首先将二氧化钼、硫的混合粉末分别按照摩尔比1：0.5称量，然后放置在石英管底部，在此之后加入碘单质作为运输剂，在石英管底部上方5cm处打一缩进，并将步骤五中的云母片基底放入石英管缩进处，再次在石英管底部上方13cm处打一缩进。将堵头放入，并用封口膜封住试管口。
52.步骤（7）：在烧杯中放入丙酮溶液，并在其溶液中放入干冰，把石英管放入烧杯内。
53.步骤（8）：将石英管与真空泵连接，待抽至1
×
10-4
pa 的真空度之后使用甲烷焰喷枪将石英管密封。
54.步骤（9）：待石英管冷却后将石英管水平放置在管式炉中进行反应，可以选择单温区管式炉进行反应。设置用40分钟升到700℃，并在700℃保温30分钟。生成产物的化学式为cs3bi2i9/mos2。
55.实施例3步骤（1）：先在手套箱中准备高纯碘化铯、碘化铋，首先将碘化铯、碘化铋的混合粉末分别按照摩尔比0.5：1称量，然后放置在石英管底部，在此之后加入碘单质作为运输剂，在石英管底部上方5cm处打一缩进，并将清洁好的云母片基底放入石英管缩进处，再次在石英管底部上方13cm处打一缩进。将堵头放入，并用封口膜封住试管口。
56.步骤（2）：在烧杯中放入丙酮溶液，并在其溶液中放入干冰，把石英管放入烧杯内。
57.步骤（3）：将石英管与真空泵连接，待抽至4
×
10-4
pa的真空度之后使用甲烷焰喷枪将石英管密封。
58.步骤（4）：待石英管冷却后将石英管水平放置在管式炉中进行反应，可以选择单温区管式炉进行反应。设置用60分钟升到700℃，并在500℃保温30分钟。
59.步骤（5）：待反应完成后，取出云母片，用光学显微镜观察所合成的钙钛矿。
60.步骤（6）：按相同的步骤，再在手套箱中准备二氧化钼、硫，首先将二氧化钼、硫的混合粉末分别按照摩尔比0.5：1称量，然后放置在石英管底部，在此之后加入碘单质作为运输剂，在石英管底部上方5cm处打一缩进，并将步骤五中的云母片基底放入石英管缩进处，再次在石英管底部上方13cm处打一缩进。将堵头放入，并用封口膜封住试管口。
61.步骤（7）：在烧杯中放入丙酮溶液，并在其溶液中放入干冰，把石英管放入烧杯内。
62.步骤（8）：将石英管与真空泵连接，待抽至4
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10-4
pa的真空度之后使用甲烷焰喷枪将石英管密封。
63.步骤（9）：待石英管冷却后将石英管水平放置在管式炉中进行反应，可以选择单温区管式炉进行反应。设置用40分钟升到700℃，并在700℃保温30分钟。生成产物的化学式为cs3bi2i9/mos2。