一种基于MoSe2/Au复合物的可切换光电流方向的光电探测器的制备

该专利涉及一种具有波长选择性的双向光电流光电探测器。

背景技术：

1、光电探测器是一种可以将光信号转化为电信号的光电器件，已经被广泛的应用在生活的各个领域之中。其中基于光电化学型的光电探测器因其独特的结构使其具有自供电性能，在能源、传感、通信、医疗和环境监测等领域的具有广泛的应用前景。传统的光电化学光探测器主要由光电极、参比电极和对电极构成，其工作原理基于光激发产生的电子和空穴的分离，从而实现光生电流。然而，传统光电器件通常只能在单一波长的光照射下产生特定方向的光电流，这限制了其在一些特定应用中的适用性。

2、为了克服这一局限性，研究人员已经提出了一种具有双向光电流响应的光电探测器，以实现波长选择性的光电探测。这种双向光电流光电探测器可以在不同波长的光照射下产生正向或负向的光电流，从而提供了更多的光电响应方式，尤其是在光谱分析和光通信等领域，可以利用波长诱导的特性可以实现多波长信号的接收和解调。过去的研究中，一些具有波长诱导功能的双向光电流光电探测器一般是通过构建传统半导体的异质结构实现了光电流的极性切换，但是这些方法往往需要复杂的器件结构和高昂的成本，特定类型的材料才有可能实现自供电特性，一般都需要施加外部偏压实现双向光响应。因此本身就有自供电特性的光电化学型光探测器是实现双向光响应的重要方向，通过光照可以引发两种相反的化学反应，从而产生正向和负向的光电流。

3、另一方面，mose2等二维半导体材料因其优异的光电特性在光电化学领域引起了广泛关注。然而，这些材料的应用往往受到光生载流子的分离效率和光吸收效果的限制。在此背景下，使用金(au)等离子体的修饰手段成为提高材料光电性能的一种有效途径，其中表面等离子体共振(surface plasmon resonance，spr)效应可以显著增强材料的光吸收和光电流响应。

4、综上所述，尽管已经取得了一些关于双向光电流光探测器的研究成果，但仍存在需要进一步解决的问题。例如，制造的半导体异质结构一般需要特定的材料比例和厚度，产生双向光电流的要求比较高，因此设计更简化的器件结构、选择合适的半导体材料以及提高光电性能等都是需要探索的研究方向。因此，开发一种能够轻易实现在不同波长下双向高效光响应的光电探测器具有重要意义。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种可切换光电流方向的光电探测器。该自供电光电化学型光探测器无需外接电路，具有灵敏度高、制备工艺简单、具有较强的光响应能力等优点。

2、本发明的目的是提供一种可以提高mose2在红光(650nm)下的高响应性能的自供电光电探测器的制备方法。

3、本发明的另一个目的是提供一种自供电波长可分辨的光电化学型光探测器。

4、为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

5、一种在红光(650nm)下的高响应性能的自供电光电探测器，所述自供电光电探测器包括工作电极、ag/agcl参比电极、pt丝对电极、光电材料层以及koh电解质，所述光电材料层为mose2/au复合材料。

6、在本发明中au纳米团簇的修饰为增强了mose2的光响应性能，在有光照的条件下驱动光电材料层的电子-空穴对分离，形成光电流。

7、一种可切换光电流方向的光探测器的制备方法，包括以下步骤：

8、(1)mose2/au复合材料的制备：分别使用丙酮、乙醇、去离子水清洗fto导电玻璃，然后使用铜胶带遮住fto，预留大约0.25cm2的导电区域，放在50摄氏度的烤盘上进行加热，取30μl分散好的mose2溶液滴在导电区域，烤干后再分别取2次溶液进行烤干，等自然冷却后，撕掉铜胶带，将该电极作为工作电极，对电极是由氧化锌(zno)制成的，将1ml的zno溶液加入5ml的乙醇溶液中，取10μl稀释后的zno溶液滴在fto的导电面，干燥后，取出5μl的nafion溶液涂在zno表面。

9、在步骤(1)所述的mose2材料的处理：超声辅助法获得均匀的mose2溶液，取30mgmose2放入含有2ml异丙醇的试管中超声10min,然后使用玻璃棒研磨试管中分散不完全的粉末，再分别加入2ml的乙醇、dmf和去离子水。超声保持5h后得到分散好的mose2溶液。

10、在步骤(1)所述的au纳米团簇的光沉积：采用原位光沉积法负载了au纳米团簇。在光沉积之前，用去离子水冲洗mose2电极表面，n2干燥。然后，将所制备的mose2电极浸入含有10μl haucl4溶液和30ml去离子水的溶液中。在氙灯的照射下进行光沉积40分钟，然后用去离子水冲洗并用n2气流干燥。

11、(2)光电化学光电探测器的制备：光电化学测量光谱可分辨光电探测器的光电化学性能是在具有两电极设置的chi 660e电化学工作站上进行的。光电化学光电探测器是在电解池中构建的，选择1m的氢氧化钾koh溶液作为电解质，含有不同半导体材料的电极分别作为工作电极和对电极。其他的光电化学性能则是通过三电极系统测量的，含有半导体材料的电极作为工作电极，饱和ag/agcl和pt丝电极分别用作参比电极和对电极。通过led灯管和激光笔分别获得365nm和650nm的光源，光强度通过光功率计进行校准。除了测量光电流对入射光强度的依赖性，650nm照明的光强度固定在26.9mw cm-2，通过电化学工作站获得了我们设备的相应光响应性能。i-t图是在0v的固定电位下且采样间隔为10s时测量的。eis测量在0.1至105hz的频率范围内进行，振幅为50mv。

12、优选地，步骤(1)所述的mose2和zno材料是由阿拉丁直接购买得到的，所述的au是光沉积法合成的。

13、优选地，步骤(1)所述的无水乙醇均为市场上购买的纯度大于99％的工业产品，所用水均为去离子水。

14、本发明设计了一种新颖的基于mose2/au复合物为工作电极的自供电光电化学型光探测器，实现了光谱可分辨的功能。具有以下的优点：

15、(1)双向光电流可切换性。

16、该光电化学型光探测器利用两电极之间的光电压竞争机制，实现了双向光电流的可切换性。这种独特的特性使得器件能够在不同光波长下产生不同方向的光电流响应，拓展了光电探测器的应用领域。

17、(2)波长选择性光电探测。

18、通过选择不同带隙的半导体材料(zno和mose2)，该设计实现了对不同波长光的选择性探测。这种波长选择性为实现光谱可分辨的光电探测提供了新的途径，对于各种应用场景具有重要意义。

19、(3)增强的光电流和响应度。

20、通过在mose2表面修饰金(au)纳米团簇作为工作电极，成功提高了特定波长(650nm)照明下的光电流和响应度。金纳米团簇引起的表面等离子体共振效应促进了光吸收增强和电子空穴对的分离，从而增强了光电流效果。

21、(4)广泛的应用前景。

22、这种自供电、光谱可分辨的光电探测器在光电传感领域具有巨大的应用前景。其双向光电流行为和波长选择性光电探测能力可应用于光通信、环境监测、人工视网膜等领域，拓展了光电技术在不同应用领域的应用可能性。

23、(5)半导体材料匹配的简便性。

24、通过选择两种具有不同带隙的半导体材料作为光电极，实现了紫外到可见光光谱范围内的光电探测。这种简单的半导体匹配策略有助于在设计不同波段光诱导的双向光电流行为时提供更多灵活性和可操作性。