【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电半导体材料，尤其涉及一种二维非晶/结晶氮化碳z型异质结及其制备方法。
技术介绍
1、随着半导体光电器件的需求不断增长，研发更稳定、具有更强光响应的材料已成为研究热点。二维氮化碳(cns)材料因具有化学稳定性好、宽带隙、面内共轭的π键而具有优异的光电性能，并且二维层状结构的短迁移路径减少了光生载流子的复合，提高了载流子的分离和迁移效率。这些特性使得二维氮化碳材料成为未来光电领域的重要材料，推动了光电技术的发展。但二维氮化碳往往是非晶结构的，存在大量的结构缺陷，这使得电子和空穴的迁移路径不规则，迁移率较低，限制了光电性能的提升。而结晶氮化碳(ccn)的有序排列提供了更高的载流子迁移率，改善了电子和空穴的传输性能，但因其相对窄的带隙，活性位点不足，导致其光吸收效率仍然有限。
2、zhong等(xiang zhong,yuxiang zhu,qiufan sun,meng jiang,jingqiu li,jianfeng yao,tunable z-scheme and type ii heterojunction of cuxonanoparticles on carbon nitride nanotubes for enhanced visible-light ammoniasynthesis,chemical engineering journal,2022,442,135156.)提出了cuxo纳米颗粒在氮化碳纳米管上的可调z型和ii型异质结用于增强可见光氨合成，该研究通过一锅法高温煅烧得到氧化铜
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术中的缺点，本专利技术的目的在于提供一种二维非晶/结晶氮化碳z型异质结及其制备方法，采用尿素和碳酰肼分别制备两种具有不同的带隙的氮化碳纳米片，即较大带隙的非晶氮化碳纳米片和较小带隙的结晶氮化碳纳米片，然后通过简单可控的静电自组装方法构建二维非晶/结晶氮化碳z型异质结，保留了非晶氮化碳的高比表面积和丰富的活性位点，以及结晶氮化碳的高载流子迁移率和光吸收效率，改善了非晶氮化碳的缺陷态多和载流子迁移率低的问题，显著提升了光电性能，解决了现有技术中氮化碳z型异质结的缺陷态和载流子复合、迁移率低和复杂制备工艺的技术问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种二维非晶/结晶氮化碳z型异质结，包括质子化的非晶氮化碳纳米片和结晶氮化碳纳米片，将非晶氮化碳纳米片与结晶氮化碳纳米片按照质量比为1：(1-5)混合，利用静电自组装法合成二维非晶/结晶氮化碳z型异质结。
4、所述非晶氮化碳纳米片的本征带隙为3.06ev，结晶氮化碳纳米片的本征带隙为1.64ev，将具有不同带隙的非晶氮化碳纳米片与结晶氮化碳纳米片通过静电自组装接触后形成能带对齐，从而形成z型异质结结构。
5、一种二维非晶/结晶氮化碳z型异质结的制备方法，包括以下步骤：
6、步骤1：以尿素为前驱体，将尿素置于空气气氛下在500-550℃下初次煅烧2-3h，随炉冷却至室温，得到带负电的非晶氮化碳粉末；
7、步骤2：将步骤1中带负电的非晶氮化碳粉末置于空气气氛下在500-530℃下二次煅烧1-2h，得到带负电的非晶氮化碳纳米片；
8、步骤3：将步骤2中带负电的非晶氮化碳纳米片与酸性溶液混合搅拌进行质子化反应4-8h，然后置于超纯水中清洗多余的反应物，干燥后得到带正电的非晶氮化碳纳米片；
9、步骤4：以碳酰肼为前驱体，将碳酰肼置于空气气氛下在350-450℃下煅烧1.5-2h，得到氮化碳块体；
10、步骤5：将步骤4得到的氮化碳块体与kcl-nacl-licl的混合物研磨后置于空气气氛下在450-550℃下煅烧1.5-2h，室温冷却后经超纯水清洗、干燥后得到带负电的结晶氮化碳纳米片；
11、步骤6：将步骤3中带正电的非晶氮化碳纳米片和步骤5中带负电的结晶氮化碳纳米片分散到超纯水中充分搅拌2-4h，经冷冻干燥后得到二维非晶/结晶氮化碳z型异质结。
12、所述步骤3中带负电的非晶氮化碳纳米片与酸性溶液的质量体积比为(0.5-5)g：200ml。
13、所述步骤3中的酸性溶液为盐酸、硫酸或硝酸中的一种，酸性溶液的浓度为1.0-2.0mol/l。
14、步骤5中按质量比计，氮化碳块体：kcl-nacl-licl的混合物＝1：(10-15)，kcl-nacl-licl的混合物中kcl、nacl以及licl质量比为1：(0.8-1.2)：(0.8-1.2)。
15、步骤6中按质量比计，带正电的非晶氮化碳：带负电的结晶氮化碳＝1：(1-5)。
16、步骤6中冷冻干燥温度为零下30-50℃，时间为12-24h。
17、根据一种二维非晶/结晶氮化碳z型异质结或者根据上述制备方法制备得到的二维非晶/结晶氮化碳z型异质结在半导体光电器件上的应用。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
19、1、本专利技术通过步骤1和步骤2，对尿素进行两次的煅烧，能够得到超薄的二维非晶氮化碳纳米片，材料的晶体结构更加稳定和完善。
20、2、本专利技术通过步骤3，对带负电的非晶氮化碳进行酸化处理，能够使氮化碳表面带正电，能够有效的吸引带负电的反应物分子形成更强的静电相互作用。
21、3、本专利技术通过步骤4和步骤5，将碳酰肼进行煅烧后再通过熔盐煅烧，在煅烧的过程中促进氮化碳分子的重排和结晶，并且熔盐中的离子能够与氮化碳表面发生反应增强了材料的表面负电荷密度，得到带负电的高度结晶氮化碳。
22、4、本专利技术通过步骤6，将带正电的非晶氮化碳和带负电的结晶氮化碳进行静电自组装，由于两种材料具有不同的带隙，电子从较小带隙的结晶氮化碳转移到较大带隙的非晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维非晶/结晶氮化碳Z型异质结，其特征在于：包括质子化的非晶氮化碳纳米片和结晶氮化碳纳米片，将非晶氮化碳纳米片与结晶氮化碳纳米片按照质量比为1：(1-5)混合，利用静电自组装法合成二维非晶/结晶氮化碳Z型异质结。
2.根据权利要求1所述的一种二维非晶/结晶氮化碳Z型异质结，其特征在于：所述非晶氮化碳纳米片的本征带隙为3.06eV，结晶氮化碳纳米片的本征带隙为1.64eV，将具有不同带隙的非晶氮化碳纳米片与结晶氮化碳纳米片通过静电自组装接触后形成能带对齐，从而形成Z型异质结结构。
3.一种根据权利要求1或2所述的二维非晶/结晶氮化碳Z型异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种二维非晶/结晶氮化碳Z型异质结的制备方法，其特征在于：所述步骤3中带负电的非晶氮化碳纳米片与酸性溶液的质量体积比为(0.5-5)g：200mL。
5.根据权利要求3或4所述的一种二维非晶/结晶氮化碳Z型异质结的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的酸性溶液为盐酸、硫酸或硝酸中的一种，酸性溶液的浓度为1.0-2.0mol/L。
6.根据权利要求3所述的一种二维非晶/结晶氮化碳Z型异质结的制备方法，其特征在于：步骤5中按质量比计，氮化碳块体：KCl-NaCl-LiCl的混合物＝1：(10-15)，KCl-NaCl-LiCl的混合物中KCl、NaCl以及LiCl质量比为1：(0.8-1.2)：(0.8-1.2)。
7.根据权利要求3所述的一种二维非晶/结晶氮化碳Z型异质结的制备方法，其特征在于：步骤6中按质量比计，带正电的非晶氮化碳：带负电的结晶氮化碳＝1：(1-5)。
8.根据权利要求3所述的一种二维非晶/结晶氮化碳Z型异质结的制备方法，其特征在于：步骤6中冷冻干燥温度为零下30-50℃，时间为12-24h。
9.根据权利要求1-2任一项所述的一种二维非晶/结晶氮化碳Z型异质结或者根据权利要求3-8任一项所述的制备方法制备得到的二维非晶/结晶氮化碳Z型异质结在半导体光电器件上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种二维非晶/结晶氮化碳z型异质结，其特征在于：包括质子化的非晶氮化碳纳米片和结晶氮化碳纳米片，将非晶氮化碳纳米片与结晶氮化碳纳米片按照质量比为1：(1-5)混合，利用静电自组装法合成二维非晶/结晶氮化碳z型异质结。
2.根据权利要求1所述的一种二维非晶/结晶氮化碳z型异质结，其特征在于：所述非晶氮化碳纳米片的本征带隙为3.06ev，结晶氮化碳纳米片的本征带隙为1.64ev，将具有不同带隙的非晶氮化碳纳米片与结晶氮化碳纳米片通过静电自组装接触后形成能带对齐，从而形成z型异质结结构。
3.一种根据权利要求1或2所述的二维非晶/结晶氮化碳z型异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种二维非晶/结晶氮化碳z型异质结的制备方法，其特征在于：所述步骤3中带负电的非晶氮化碳纳米片与酸性溶液的质量体积比为(0.5-5)g：200ml。
5.根据权利要求3或4所述的一种二维非晶/结晶氮化碳z型异质结的制备方法，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，吴丽婷，张瑜，许蔚，吴亦章，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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