一种二维硒磷化锡纳米片及其制备方法和应用

本发明涉及纳米材料制备，具体涉及一种二维硒磷化锡纳米片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、自2004年石墨烯成功剥离以来，二维层状材料凭借其独特的微观结构与优异的物理化学性能受到了科研人员的广泛关注。在各类二维材料体系中，二维三元过渡金属磷硫族化合物（tmpc）具有本征各向异性及独特的电子结构，兼具优异的光学、电学、光电、磁学及催化综合性能。相较于传统二维过渡金属硫族化合物，tmpc的离子键作用更强、比表面积更大，能够有效优化电荷传输路径、提升电荷传输效率，大幅改善材料导电性能，使得二维tmpc纳米片具备优异的超高离子导电性，使其在各类前沿功能器件领域拥有极为广阔的应用前景。

2、其中，硒磷化锡作为极具代表性的二维三元tmpc功能材料，不仅具备稳定的范德华层状晶体结构、低毒环保、制备适配性强等基础优势，同时拥有优异的离子传输特性、可调的能带结构、低晶格热导率及丰富的极化与力学响应特性，在电化学储能、热电转换、光电传感、柔性功能器件等多个前沿领域具备突出应用潜力。除此之外，基于硒磷化锡建立的可控制备工艺具备良好的代表性与普适性，可拓展推广至其他同类型三元tmpc材料的规模化制备，对推动三元层状功能材料体系的产业化应用具有极高的科研价值与工程应用价值。

3、然而，当前二维tmpc的相关研究仍存在显著的技术瓶颈。现阶段制备二维tmpc材料的主流方式主要包括机械剥离、液相剥离以及化学气相输运法（cvt）。其中，机械剥离与液相剥离属于自上而下的制备工艺，仅能获得少量少层纳米片样品，整体工艺可控性差，所得样品普遍存在尺寸有限、厚度均匀性差、表面缺陷多、产率低、批次重复性差等缺陷，难以实现大面积、高质量纳米片的可控制备，无法满足规模化应用需求。而传统cvt法虽可制备块体及薄层tmpc晶体，但存在生长周期长、工艺参数敏感、层厚难以精准调控、大面积均匀纳米片制备难度大等问题，同样限制了二维tmpc材料的性能优化与工程化应用落地。

4、从合成机理角度进一步分析，tmpc由过渡金属（tm）、磷（p）和硫/硒（x）组成，材料层间以范德华力结合。其中磷元素化学反应活性高、价态丰富，在合成过程中极易衍生出单磷化物（mp）、磷-硫族二元化合物（paxb）等多种杂相，严重降低产物纯度与制备稳定性。同时，三种反应前驱体存在不可控共挥发特性，有效制备工艺窗口较窄，三元tmpc的合成难度远高于二元二维材料。针对上述现有技术存在的缺陷，目前行业内缺乏成熟、高效、低成本的制备方案，因此亟需研发一种可快速制备高质量、大面积单层或多层硒磷化锡纳米片的技术方法。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种二维硒磷化锡纳米片及其制备方法和应用，以解决现有二维硒磷化锡纳米片制备方法存在的尺寸小，产率低，厚度无法控制和重复性差等问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种二维硒磷化锡纳米片的制备方法，包括以下步骤：

4、将硒粉和赤磷粉组成的混合粉末作为前驱体i，将无水氯化亚锡作为前驱体ii，以二氧化硅基片为基底，进行化学气相沉积，得到二维硒磷化锡纳米片；

5、前驱体i和前驱体ii在化学气相沉积过程中同时加热，且各自加热温度不同。

6、本发明的有益效果为：本发明采用化学气相沉积，将硒粉、赤磷粉和无水氯化亚锡粉作为前驱体，选用二氧化硅为基底，通过将硒粉和赤磷粉混合作为前驱体i，将无水氯化亚锡单独作为前驱体ii的方式，实现混合粉末和无水氯化亚锡不同温度的同时加热处理，成功制备具有高质量、大面积的单层或多层硒磷化锡纳米片。

7、进一步地，前驱体i位于管式炉中心，前驱体ii位于管式炉上游，二氧化硅基片位于管式炉下游，通过调整前驱体i与前驱体ii之间的距离调整前驱体ii的加热温度。

8、进一步地，前驱体i的加热温度为620~640 ℃，前驱体ii与前驱体i的距离为1~2cm，前驱体ii的加热温度为609~635 ℃。

9、优选地，前驱体i的加热温度为630 ℃，前驱体ii与前驱体i的距离为1~2 cm，前驱体ii的加热温度为620~625 ℃。

10、更优选地，前驱体i的加热温度为630 ℃，前驱体ii与前驱体i的距离为1.5 cm，前驱体ii的加热温度为623 ℃。

11、采用上述进一步技术方案的有益效果为：本发明通过将硒粉和赤磷粉组成的混合粉末置于管式炉中心，调整无水氯化亚锡与混合粉末的位置关系，实现对混合粉末和无水氯化亚锡的同时但不同温度的加热处理，精确控制二者的反应情况，使参与反应的物质能够充分完全反应，从而在基底材料上生成较高质量的二维硒磷化锡纳米片。同时，通过对管式炉设置温度和无水氯化亚锡与混合粉末位置关系的同步调整，本发明还可以实现具有不同层数和结晶度的二维硒磷化锡纳米片的制备，以满足不同应用场景的需要。

12、进一步地，二氧化硅基片单面抛光，在管式炉中抛光面朝下，与前驱体i的距离为10~15 cm。

13、进一步地，硒粉和赤磷粉的质量比为(5~8):1；前驱体i和前驱体ii的质量比为(4~5):1。

14、优选地，硒粉和赤磷粉的质量比为6.67:1；前驱体i和前驱体ii的质量比为4.6:1。

15、进一步地，化学气相沉积在ar和h2气氛下进行，ar的流量为50~60 sccm，h2的流量为1~10 sccm。

16、优选地，化学气相沉积在ar和h2气氛下进行，ar的流量为55 sccm，h2的流量为5sccm。

17、进一步地，同时加热的保温时间为5~20 min。

18、优选地，同时加热的保温时间为10 min。

19、进一步地，加热的升温速率为15~35 ℃/min。

20、优选地，加热的升温速率为20 ℃/min。

21、本发明的第二方面，提供一种二维硒磷化锡纳米片，采用上述的制备方法制得。

22、本发明的第三方面，提供上述的二维硒磷化锡纳米片在光学领域、电子领域、光电领域、能源领域、磁学领域、热电转换领域、储能领域、电/光催化领域或气体与生物传感领域中的应用。

23、本发明具有以下有益效果：

24、1、本发明采用化学气相沉积进行制备，具有制备方法简单、快速、成本低、可控制等优点，解决了三元tmpc化学气相沉积制备时面临的三种前驱体不可控挥发，合成困难的技术问题。

25、2、本发明可通过对制备参数调整，包括设置温度以及前驱体间距离关系的调整，实现具有不同层数和结晶度的二维硒磷化锡纳米片的制备，适用性广。

26、3、本发明制得的二维硒磷化锡纳米片具有很高的结晶质量以及很好的连续性和均匀性，可广泛应用于光学领域、电子领域、光电领域、磁学领域或催化领域，具有广阔的应用前景。

1.一种二维硒磷化锡纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的二维硒磷化锡纳米片的制备方法，其特征在于，所述前驱体i位于管式炉中心，所述前驱体ii位于管式炉上游，所述二氧化硅基片位于管式炉下游，通过调整所述前驱体i与所述前驱体ii之间的距离调整前驱体ii的加热温度。

3. 根据权利要求1或2所述的二维硒磷化锡纳米片的制备方法，其特征在于，所述前驱体i的加热温度为620~640 ℃，所述前驱体ii与所述前驱体i的距离为1~2 cm，所述前驱体ii的加热温度为609~635 ℃。

4. 根据权利要求1或2所述的二维硒磷化锡纳米片的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅基片单面抛光，在管式炉中抛光面朝下，与前驱体i的距离为10~15 cm。

5.根据权利要求1所述的二维硒磷化锡纳米片的制备方法，其特征在于，所述硒粉和所述赤磷粉的质量比为(5~8):1；所述前驱体i和所述前驱体ii的质量比为(4~5):1。

6. 根据权利要求1所述的二维硒磷化锡纳米片的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积在ar和h2气氛下进行，ar的流量为50~60 sccm，h2的流量为1~10 sccm。

7. 根据权利要求1所述的二维硒磷化锡纳米片的制备方法，其特征在于，所述同时加热的保温时间为5~20 min。

8. 根据权利要求1所述的二维硒磷化锡纳米片的制备方法，其特征在于，所述加热的升温速率为15~35 ℃/min。

9.一种二维硒磷化锡纳米片，其特征在于，采用权利要求1~8任一项所述的制备方法制得。

10.权利要求9所述的二维硒磷化锡纳米片在光学领域、电子领域、光电领域、能源领域、磁学领域、热电转换领域、储能领域、电/光催化领域或气体与生物传感领域中的应用。