[發明專利]一種石墨烯/黑磷量子點/含氮離子液體復合氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201611244692.X
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106744854B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 張晗;邢晨陽;張家宜
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C09K11/02;C09K11/70;B01J13/00
• 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

本發明提供了一種石墨烯/黑磷量子點/含氮離子液體復合氣凝膠，包括石墨烯三維骨架、以及負載在所述石墨烯三維骨架上的黑磷量子點和含氮離子液體，其中所述黑磷量子點被所述含氮離子液體包裹，所述石墨烯/黑磷量子點/含氮離子液體復合氣凝膠具有三維多孔網狀結構。該復合氣凝膠具有高彈性、高回復性和高導電性，且具有十分優異的穩定性，其豐富了黑磷的產品形式，拓展了黑磷的應用范圍，有望應用在能源(鋁離子電池、太陽能電池、鋰離子電池等)、催化、水處理、光電和光熱等領域中。本發明還提供了該復合氣凝膠的制備方法。

技術領域

本發明涉及無機納米材料制備技術領域，特別是涉及一種石墨烯/黑磷量子點/含氮離子液體復合氣凝膠及其制備方法。

背景技術

黑磷是一種新型的直接帶隙二維材料，其帶隙可從0.3eV(本體狀態)到1.5eV(單層)通過層數進行調節，因此能夠吸收從可見光到通訊用紅外線范圍波長的光，加之其較高的載流子遷移率(厚度為10nm時可高達1000cm²˙v^-1˙s^-1)和較高的通斷比(10⁴)，其在半導體領域、光電以及光熱等領域顯示出極大的潛在優勢。

在實際應用中，黑磷需要被剝離成單層、少層或者多層黑磷(即磷烯)才能發揮其優異的光電和光熱性能。目前，大多數研究報道都是基于二維黑磷納米片或者黑磷量子點，暫未見任何關于黑磷氣凝膠的研究報道。而二維黑磷納米片和黑磷量子點多以粉末或者溶液的形式存在，這導致這些黑磷材料在使用后將無法回收再利用。此外，二維黑磷納米片和黑磷量子點的穩定性問題依然是一個極其重要的研究課題。然而，如果黑磷能夠形成三維結構，諸如凝膠/氣凝膠、海綿狀結構等，不僅能夠解決黑磷的穩定性問題，而且能夠充分發掘黑磷的潛在應用，諸如在染料敏化太陽能電池、鋰離子電池、鋁離子電池、水處理、半導體、光電、光熱、醫學等領域中的應用。因此，開發一種基于黑磷的氣凝膠顯得非常重要。

發明內容

鑒于此，本發明第一方面提供了一種石墨烯/黑磷量子點/含氮離子液體復合氣凝膠，該復合氣凝膠具有高彈性、高回復性和高導電性，且具有十分優異的穩定性，其豐富了黑磷的產品形式，拓展了黑磷的應用范圍。

第一方面，本發明提供了一種石墨烯/黑磷量子點/含氮離子液體復合氣凝膠，包括石墨烯三維骨架、以及負載在所述石墨烯三維骨架上的黑磷量子點和含氮離子液體，其中所述黑磷量子點被所述含氮離子液體包裹，所述石墨烯/黑磷量子點/含氮離子液體復合氣凝膠具有三維多孔網狀結構。

由于黑磷量子點之間相互作用較弱，無法通過自組裝行為來搭建純黑磷量子點的凝膠，所以需要借助一種三維多孔材料作為載體來形成凝膠。而石墨烯的強疏水性、石墨烯片層之間的π-π堆積作用以及受限空間的影響，石墨烯容易發生自組裝行為形成石墨烯水凝膠，并可作為載體而負載/吸附其它納米無機材料。

本發明的石墨烯/黑磷量子點/含氮離子液體復合氣凝膠，以石墨烯三維骨架作為載體，其中，含氮離子液體的陽離子(帶正電荷)與黑磷量子點具有一定的“陽離子-n電子”的相互作用，從而使得黑磷量子點被含氮離子液體所包覆，這不僅阻止了黑磷量子點之間的團聚并顯著提高了黑磷量子點的分散性，且大大提高了黑磷量子點的穩定性，避免了氧氣和水對黑磷量子點的降解作用。另外，含氮離子液體還與石墨烯表面存在“陽離子-π/π-π”相互作用，使得黑磷量子點能夠吸附在石墨烯的表面，從而能夠最終形成均一、穩定的石墨烯/黑磷量子點/含氮離子液體復合氣凝膠。

本發明中，所述黑磷量子點被包覆于復合氣凝膠的本體之中，未暴露在空氣中，可免于被氧化。

本發明中，可選地，所述石墨烯三維骨架與所述黑磷量子點的質量比為1：(0.375-8)，進一步地為1：(2.5-8)。所述黑磷量子點與所述含氮離子液體的質量比為1：(6.25-666.7)，進一步地為1：(100-666.7)。可選地，所述石墨烯與含氮離子液體的質量比為1：(25-2000)，進一步地為1：(250-2000)。