[發明專利]一種液相法制備層狀硅材料的方法

在審

• 申請號: 201610267183.2
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號: CN107311178A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 孫曉明;張國新;胡策軍
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021
• 代理公司: 北京權泰知識產權代理事務所(普通合伙)11460
• 代理人: 任永利

技術領域

本發明屬于層狀硅材料的合成方法領域。更具體地，本發明涉及一種常溫常壓液相法快速制備硅材料的方法。

背景技術

層狀硅為單質硅的一種熱力學較為穩定的相，層數較少的層狀硅材料可產生一定帶隙，且其帶隙可通過多種手段如改變層數、雜元素摻雜在較大范圍內調控，近些年來，層狀硅已經成為材料領域的研究熱點。現有的層狀硅材料的制備策略主要有兩種：1、使用原料廣泛的金屬性硅化物如硅化鈣(Nano Research 2015,8(8):2654–2662)、層狀粘土材料(其中有層狀排布的氧化態硅的存在，ACS Nano,2016,10(2):2843–2851)和在強還原性條件下，如使用熔融態的金屬鎂將氧化態硅還原為單質Si。此外，使用負電性較強的鹵族元素氣體與硅化鈣中的鈣聯結，得到層狀硅材料(Nat Commun.2016,5(7):10657)。2、利用原子級別的硅源，在高真空下，濺射到具有一定規整形貌的二維金屬確定的晶面上，使其在金屬表面重排，形成規整的層狀硅材料(Nano Lett.2013,13,685-690&Nano Lett.2012,12,3507-3511)。總結以上方法，均需較高溫度輸入，同時還需特殊氣體和條件的使用，如使用高腐蝕性的氟氣或是高真空條件。

發明內容

為克服現有技術制備層狀硅材料的方法的不足，本發明提供了一種常溫常壓液相法快速制備層狀硅材料的方法，包括以下步驟：

(1)常溫常壓下，將金屬硅化物加入到含有氧化劑的分散劑中進行反應，得到層狀硅材料和金屬鹽；其中所述氧化劑選自含有活性質子的物質、氧化性單質或氧化性金屬陽離子。

(2)清洗步驟(1)的反應后的物質以除去所述金屬鹽，干燥剩余物即得到所述層狀硅材料。

優選地，其中所述常溫為0-200℃，其中所述常壓為1-10大氣壓。

優選地，其中所述的金屬硅化物為硅化鈣、硅化鎂、硅化鋇、硅化鋅中的一種或幾種。

優選地，其中所述含有活性質子的物質為含有羥基、氨基、醛基或羧基的物質；其中所述氧化性單質選自S、F₂、Cl₂、Br₂或I₂；其中所述氧化性金屬陽離子選自Ag⁺、Au³⁺、Cu²⁺、Pt³⁺、Fe³⁺、Co³⁺或Ni³⁺。

優選地，其中所述含有羥基、氨基、醛基或羧基的物質為水、乙二醇、甘油、乙二胺、 甲醛、乙酸或甲酸中的一種或幾種。

優選地，其中所述分散劑為氮氮二甲基甲酰胺、氮氮二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。

本發明的有益效果：

1、本發明首次提供一種不同于現有技術的層狀硅材料的制備方法。而本發明經簡單的反應，即可得到高質量的、目前備受國內外材料學界層狀硅材料。

2、本發明的制備方法所需條件簡單，而現有技術制備方法條件苛刻。本發明的制備方法所需條件為常溫常壓，且設備簡單，所有的操作步驟可以在4小時內完成，反應不受反應物量的限制，可以無限等比例放大，具有直接工業化的可行性。

附圖說明

圖1為硅化鈣的晶體結構圖，大球代表鈣原子，小球代表硅原子。

圖2為實施例1中制備的層狀硅材料的透射電鏡照片。

圖3為實施例1中制備的層狀硅材料的拉曼圖譜

圖4為實施例2中制備的層狀硅材料的透射電鏡照片。

圖5為實施例2中制備的層狀硅材料的拉曼圖譜。

圖6為實施例3中制備的層狀硅材料的透射電鏡照片。

圖7為實施例3中制備的層狀硅材料的拉曼圖譜

圖8為實施例4中制備的層狀硅材料的透射電鏡照片。

圖9為實施例4中制備的層狀硅材料的拉曼圖譜。

圖10為實施例4中制備的層狀硅材料的XRD圖譜。

圖11為實施例5中制備的層狀硅材料的掃描電鏡照片。

圖12為實施例6中制備的層狀硅材料的掃描電鏡照片。

圖13為實施例7中制備的層狀硅材料的掃描電鏡照片。

具體實施方式

實施例1