新型二维材料CaP3的制备及其电学性能研究

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二维材料在电学领域表现出了优异的性能,从而引起国内外科研工作者的青睐。金属磷化物种类丰富,零维及一维形貌的金属磷化物在电学、催化和储能等领域已表现出了优异的性能,而关于其二维形貌却受到合成困难等因素的限制而鲜有报道。在金属磷化物中,富磷-金属磷化物由于磷含量高,是一种重要的功能材料,然而由于其热稳定性差,目前较难合成。本工作提供一种新的途径,实现了一种新型二维富磷-金属磷化物CaP3的制备。对其结构、稳定性和电学性能进行了研究,结果表明其在电学领域具有良好的应用前景。具体结果如下:  1.首次将氧化还原法应用于二维金属磷化物的合成中。实现了由非层状前驱体Ca3P2制备二维材料CaP3,同时对该反应的机理进行了深入探究,指出该实验的关键在于将反应速率变慢,在钙离子溶出过程中,周边P原子将部分电子转移给环境中的质子,并互相结合形成带负电的二维多聚态P。同时这部分带负电的多聚态P会留住某些距离较近的钙离子,从而形成CaP3。离二维多聚态P较近的钙离子被留住,距离较远的钙离子被缓慢溶出,从而实现了对非层状材料的“剥层”,制备得到二维CaP3。  2.成功制备出新型二维富磷-金属磷化物CaP3,对其晶体结构、形貌、成键等信息进行了深入研究。结果表明CaP3是一种三斜晶系的晶体,空间结构上有类黑磷的褶皱状多聚态P,是一种二维层状材料。所制备的2D CaP3尺寸可达4μm,平均厚度为10.07nm。同时表面含有丰富的褶皱和一定的含氧官能团。  3.对CaP3的稳定性和电子能带进行研究,并对其电学性能进行初步探究。结果表明2D CaP3具有优异的耐酸耐碱腐蚀性,在惰性气体氛围中,可耐受600℃的高温。2D CaP3是一种P型间接带隙半导体,带隙为1.57eV。进一步将其抽滤成薄膜,测试了其薄膜电导率为25S/m,优于文献中报道的部分二维半导体薄膜。
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