[發(fā)明專利]黑磷及磷烯的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610063652.9
• 申請(qǐng)日: 2016-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105565289B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡曉云;穆江龍;張國(guó)偉;樊君;苗慧;浦晨晨;韓同信;劉恩周;張德愷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B25/02
• 分類號(hào): C01B25/02
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 史玫

本發(fā)明涉及黑磷及磷烯的制備方法，所涉及的黑磷制備方法包括以四碘化錫、錫和紅磷為原料反應(yīng)制備黑磷。所涉及的磷烯制備方法包括在攪拌、超聲、20?50℃的條件下，將本發(fā)明所制備的黑磷在N?甲基吡咯烷酮、無(wú)水乙醇或N?環(huán)乙基吡咯烷酮中處理合理時(shí)間。本發(fā)明的制備方法中采用合理的制備原料和反應(yīng)條件，合成時(shí)間僅需要21?32個(gè)小時(shí)。采用液相剝離的方法成功制備了少層黑磷。制備方法工藝簡(jiǎn)單，原料廉價(jià)，重復(fù)性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料的制備與合成，特別是一種黑磷及磷烯的制備方法，屬于材料合成領(lǐng)域。

背景技術(shù)

黑磷是磷的一種同素異形體，是由單層的磷原子堆疊而成的二維晶體，其與石墨的結(jié)構(gòu)類似,層與層之間通過(guò)范德華力作用結(jié)合而成。黑磷具有高的電子遷移率(～1000cm²/Vs)和開(kāi)關(guān)比(10⁵)，具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性能以及廣泛的應(yīng)用前景。與石墨烯最大的不同是，黑磷屬于直接帶隙半導(dǎo)體,這個(gè)特性讓其的光學(xué)和光電性能同其他材料(包括硅和硫化鉬)相比有巨大的優(yōu)勢(shì)，這讓黑磷成為未來(lái)光電器件(例如光電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池、光電傳感器等)的一個(gè)備選材料。特別重要的是黑磷的帶隙是由其層數(shù)來(lái)調(diào)控的，具有這樣特殊的性質(zhì)大大拓寬了其在實(shí)際生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。目前，黑磷的研究引起了廣泛關(guān)注，黑磷在1914年被合成以后由于當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制并沒(méi)有受到重視，直到2014年黑磷的優(yōu)異性質(zhì)被重新發(fā)現(xiàn)。

Mamoru BABA采用的合成方法是：紅磷作為原料，鉍溶液作為催化劑，先把紅磷轉(zhuǎn)變?yōu)榘琢兹缓笤僖糟G作為催化劑合成黑磷，但是在此過(guò)程中鉍和白磷是劇毒物質(zhì)極不安全，極有可能對(duì)人體造成傷害。

Stefan Lange和Tom Nilges采用添加貴金屬金作為原料合成黑磷，此過(guò)程提高了實(shí)驗(yàn)成本，而且產(chǎn)生副產(chǎn)物，使黑磷的純度有所降低。

目前比較常用的合成方法是高溫(1000℃)、高壓(10kbar)法,但是此種方法對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備有極高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種黑磷的制備方法。

本發(fā)明提供的黑磷的制備方法包括以四碘化錫、錫和紅磷為原料反應(yīng)制備黑磷。

進(jìn)一步，本發(fā)明的黑磷的制備方法包括以四碘化錫、錫和紅磷為原料在真空條件下反應(yīng)制備黑磷。

進(jìn)一步，所述真空度范圍為10^-3-10^-7mbar。

進(jìn)一步，本發(fā)明的黑磷的制備方法中反應(yīng)過(guò)程中充入氬氣。

進(jìn)一步，本發(fā)明的黑磷的制備方法包括以四碘化錫、錫和紅磷為原料在真空條件下經(jīng)程序升溫和程序降溫條件反應(yīng)制備黑磷。

進(jìn)一步，本發(fā)明的程序升溫條件為：首先從室溫開(kāi)始經(jīng)過(guò)320～480min加熱溫度達(dá)到600～650℃，然后保溫60～300min；程序降溫的條件為：從600～650℃開(kāi)始經(jīng)過(guò)450min的降溫至溫度500～550℃，然后保溫100～240min，接著經(jīng)過(guò)330～420min降溫至室溫。

進(jìn)一步，本發(fā)明的制備方法還包括在50-90℃條件下，將所得產(chǎn)物在甲苯、氯仿、N-甲基吡咯烷酮或二氯甲烷中處理合理時(shí)間。

進(jìn)一步，本發(fā)明的反應(yīng)在合理尺寸的密封石英管中進(jìn)行。

本發(fā)明的目的之二是提供一種磷烯的制備方法。

本發(fā)明提供的磷烯的制備方法包括在攪拌、超聲、20-50℃的條件下，將上述方法所得產(chǎn)物在N-甲基吡咯烷酮、無(wú)水乙醇或N-環(huán)乙基吡咯烷酮中處理合理時(shí)間。

本發(fā)明的有益效果：