[發明專利]一種黑磷碳納米管復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611023958.8
• 申請日: 2016-11-14
• 公開（公告）號: CN106629641B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 張晗;湯賢;張家宜
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C01B25/02
• 分類號: C01B25/02;C01B32/168;H01L29/16;H01G9/20;H01M4/90
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

本發明提供了一種黑磷碳納米管復合材料，包括多根碳納米管和沉積在所述碳納米管表面的黑磷晶體顆粒。該復合材料兼具黑磷的可調直接帶隙特性和碳納米管的高導電、高穩定性，彌補了單獨使用黑磷或碳納米管時的局限，在光電器件等領域具有廣闊的應用前景。本發明還提供了該黑磷碳納米管復合材料的制備方法和應用。

技術領域

本發明涉及合材料制備技術領域，特別是涉及一種黑磷碳納米管復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

黑磷是繼石墨烯之后發現的另一種新奇的二維材料。不同于具有零帶隙的石墨烯，黑磷是直接帶隙半導體材料，帶隙在0.3～2eV之間，能夠顯示較大的開關電流比(10⁵)和高載流子遷移率(10³cm²/Vs)，同時具有近紅外光響應特性。因此，黑磷在場效應晶體管中的通道材料、染料敏化太陽能電池等領域具有潛在的應用前景。然而，黑磷在空氣等環境下易發生分解，阻礙了黑磷的大規模應用，如何提高黑磷的環境穩定性是目前需要重點考慮的問題。

碳納米管已經被人們所熟知，其具有極佳的環境穩定性、導電性、極高的電子遷移率(10⁴cm²/Vs)和一定的電催化活性，在光電器件以及燃料電池中具有重要的應用。然而，碳納米管遭遇到跟石墨烯類似的零帶隙或者帶隙太窄的問題，使得其作為微電子開關時具有低的開關比。另外，碳納米管的納米管狀結構和表面惰性使得其難以與其他部件緊密連接，進一步限制了碳納米管的應用。因此，有必要結合黑磷和碳納米管各自的優異性能，將雙方的劣勢進行彌補，開發出一種兼具黑磷的可調直接帶隙特性，以及碳納米管的高導電、高穩定性的復合材料，使二者在光電器件、電催化等領域的應用具有更光明的前景。

發明內容

鑒于此，本發明第一方面提供了一種黑磷碳納米管復合材料，該復合材料兼具黑磷的可調直接帶隙特性和碳納米管的高導電、高穩定性，在光電器件、電催化等領域具有廣闊的應用前景。

第一方面，本發明提供了一種黑磷碳納米管復合材料，包括多根碳納米管和沉積在所述碳納米管表面的黑磷晶體顆粒。

其中，所述碳納米管與所述黑磷晶體顆粒的質量比為1:(0.1～50)。兩者的含量可根據具體應用需求來設定，可選地，碳納米管與黑磷晶體顆粒的質量比可以為1:(0.1～1)或1:(2～30)或1:(40～50)。

本發明所述黑磷碳納米管復合材料中，所述碳納米管為單壁、雙壁和多壁碳納米管中的一種或幾種，所述多根碳納米管定向排列或相互交織形成多孔碳納米管網狀結構。因此，所述黑磷碳納米管復合材料同樣具有多孔結構。

所述黑磷晶體顆粒均勻分布在所述碳納米管網狀結構中。

所述黑磷晶體顆粒的尺寸為3nm～8μm。更具體地為5nm-100nm，200nm-800nm或1μm～5μm。

可選地，所述碳納米管的直徑為3～200nm，長度為0.1～100μm。適合的直徑和長度有利于碳納米管與紅磷的均勻混合，有利于黑磷晶體顆粒的沉積。

本發明第一方面提供的黑磷碳納米管復合材料，通過在碳納米管表面沉積黑磷晶體顆粒，使其兼具黑磷的可調直接帶隙特性和碳納米管的高導電、高穩定性、電催化活性，彌補了單獨使用黑磷或碳納米管時的局限。

第二方面，本發明提供了一種黑磷碳納米管復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將碳納米管和紅磷按一定質量比添加至揮發性有機溶劑或去離子水中進行超聲分散，得到混合分散液，再將所述混合分散液干燥，以去除所述揮發性有機溶劑或去離子水，得到碳納米管和紅磷混合物；