[發(fā)明專利]一種石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠及其制備方法

有效

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• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN107416846B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張晗;邢晨陽;張家宜
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: C01B33/158
• 分類號: C01B33/158;C01B25/00;C01B32/198;C01B17/00;B01J13/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

本發(fā)明公開一種石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)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納米片和含硫離子液體，其中所述黑磷納米片被所述含硫離子液體包裹，所述石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠具有三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。所述石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠具有高彈性、高回復(fù)性、高導(dǎo)電性，且具有十分優(yōu)異的穩(wěn)定性，其豐富了黑磷的產(chǎn)品形式，拓展了黑磷的應(yīng)用范圍。本發(fā)明還提供了該石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠的制備方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無極納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

黑磷(Black phosphorene)是一種新型直接帶隙二維材料，其帶隙可從0.3eV(本體狀態(tài))到1.5eV(單層)通過其層數(shù)進行調(diào)節(jié)，可以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(黑磷厚度為10nm時可高達1000cm²˙v^-1˙s^-1)和較高的通斷比(10⁴)，使得其在半導(dǎo)體領(lǐng)域、光電領(lǐng)域以及光熱領(lǐng)域等顯示出極大的潛在優(yōu)勢。

在實際應(yīng)用中，黑磷塊體需要被剝離成單層、少層或多層黑磷(即磷烯)才能發(fā)揮其優(yōu)異的性能。目前，大多數(shù)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(guān)于黑磷氣凝膠的研究報道。而二維黑磷納米片或者黑磷量子點多是以粉末或者溶液的形式存在，這導(dǎo)致這些黑磷材料在使用后不便于回收再利用。另外，二維黑磷納米片或者黑磷量子點的穩(wěn)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(jié)構(gòu)，諸如凝膠/氣凝膠、海綿狀結(jié)構(gòu)等，不僅能夠解決黑磷的穩(wěn)定性問題，而且能夠充分發(fā)掘黑磷的潛在應(yīng)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(dǎo)體、光電、光熱、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，開發(fā)一種基于黑磷的氣凝膠非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠，所述石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠具有高彈性、高回復(fù)性和高導(dǎo)電性，且具有十分優(yōu)異的穩(wěn)定性，其豐富了黑磷的產(chǎn)品形式，拓展了黑磷的應(yīng)用范圍。

第一方面，本發(fā)明提供了一種石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠，，所述石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)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納米片和含硫離子液體，其中所述黑磷納米片被所述含硫離子液體包裹，所述石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠具有三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

由于黑磷納米片之間相互作用較弱，無法通過自組裝行為來搭建純黑磷納米片的凝膠，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(fā)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(fā)明的石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠，以石墨烯三維骨架作為載體，其中，含硫離子液體的陽離子(帶正電荷)與黑磷納米片具有一定的“陽離子-n電子”的相互作用，從而使得黑磷納米片被含硫離子液體所包覆，這不僅阻止了黑磷納米片之間的團聚并顯著提高了黑磷納米片的分散性，且大大提高了黑磷納米片的穩(wěn)定性，避免了氧氣和水對黑磷納米片的降解作用。另外，含硫離子液體還與石墨烯表面存在“陽離子-π/π-π”相互作用，使得黑磷納米片能夠吸附在石墨烯的表面，從而能夠最終形成均一、穩(wěn)定的石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠。

優(yōu)選地，所述石墨烯/黑磷納米片/含硫離子液體復(fù)合氣凝膠的氣孔率為70％-94％。

本申請中所述石墨烯三維骨架是指石墨烯自組裝后形成的三維結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述石墨烯三維骨架與黑磷納米片的質(zhì)量比為1：(0.375-8)。進一步優(yōu)選地，所述石墨烯三維骨架與黑磷納米片的質(zhì)量比為1：(2.5-8)。