[發(fā)明專利]一種二維黑磷納米片及其液相剝離制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201611244941.5 | 申請日： | 2016-12-29 |
| 公開（公告）號： | CN107416784B | 公開（公告）日： | 2020-05-26 |
| 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： | C01B25/02 | 分類號： | C01B25/02;B82Y30/00;B82Y40/00 |
| 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 |
| 地址： | 518000 廣東*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 二維 黑磷 納米 及其 剝離 制備 方法 | ||
本發(fā)明提供了一種二維黑磷納米片的液相剝離制備方法，包括以下步驟：將塊狀黑磷和含氮離子液體按質(zhì)量比1:0.5?100加入到有機溶劑中，得到混合液，在無氧、0℃?10℃條件下，將所述混合液先進行探頭超聲3?7h，再進行水浴超聲1?10h后，靜置，取上清液進行離心分離，得到二維黑磷納米片。該方法通過含氮離子液體和有機溶劑的協(xié)同作用，實現(xiàn)了高效、低成本地將塊狀黑磷剝離成大尺寸多孔二維黑磷納米片。本發(fā)明還提供了該制備方法制備得到的二維黑磷納米片。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及無機納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種二維黑磷納米片及其液相剝離制備方法。
背景技術(shù)
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(tài))到1.5eV(單層)通過層數(shù)進行調(diào)節(jié)，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(dǎo)體領(lǐng)域、光電以及光熱等領(lǐng)域顯示出極大的潛在優(yōu)勢。
目前，原子層厚度的黑磷(即二維黑磷納米片)的制備主要有三種方式：(1)機械剝離法；(2)液相剝離法；(3)脈沖激光沉淀法。但以上三種方法均存在一些缺點：機械剝離法所得二維黑磷納米片雖然尺寸大、缺陷小但產(chǎn)量低、成品率低；而液相剝離法產(chǎn)量高但尺寸小，且有機溶劑難除；脈沖激光沉淀法所得黑磷薄膜尺寸較大但產(chǎn)品為非晶。
因此，為了推進黑磷的發(fā)展應(yīng)用，開發(fā)一種高效、低成本制備高質(zhì)量二維黑磷納米片的方法顯得十分重要。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明第一方面提供了一種二維黑磷納米片的液相剝離制備方法，該方法可實現(xiàn)高效、低成本地將塊狀黑磷剝離成大尺寸多孔二維黑磷納米片。
第一方面，本發(fā)明提供了一種二維黑磷納米片的液相剝離制備方法，包括以下步驟：
將塊狀黑磷和含氮離子液體按質(zhì)量比1:0.5-100加入到有機溶劑中，得到混合液；
在無氧、0℃-10℃條件下，將所述混合液先進行探頭超聲3-7h，再進行水浴超聲1-10h后，靜置，取上清液進行離心分離，收集沉淀，得到二維黑磷納米片。
所述有機溶劑選自N-甲基吡咯烷酮、二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-環(huán)己基-2-吡咯烷酮和異丙醇中的一種或多種。
本發(fā)明中，選擇所述含氮離子液體作為助劑進行有機溶劑液相剝離制備二維黑磷納米片，其中，含氮離子液體易制備、成本較低，且具有良好的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性以及一定的生物相容性，在剝離過程中可與有機溶劑發(fā)揮特定的協(xié)同作用。具體地，含氮離子液體在N-甲基吡咯烷酮中對塊狀黑磷進行液相剝離得到大片、多孔二維黑磷納米片的機理如下：1)首先，在N-甲基吡咯烷酮的溶劑和探頭超聲作用下，塊狀黑磷被剝離開，這是由于N-甲基吡咯烷酮的表面能和二維黑磷納米片的表面能相匹配，二者之間存在一定的相互作用平衡了剝離該塊狀黑磷所需要的能量。然而，黑磷的剝離和剝離后片層黑磷的二次堆積是一個動態(tài)過程，在N-甲基吡咯烷酮中黑磷處于亞穩(wěn)定狀態(tài)；2)當(dāng)N-甲基吡咯烷酮中存在一定量的含氮離子液體時，含氮離子液體的陽離子(帶正電荷)與被剝離開來的二維黑磷納米片的孤電子對(p)存在較好的靜電作用(即“陽離子-n電子”相互作用)，這一相互作用進一步阻止了被剝離開來的黑磷納米片之間的二次團聚或再次堆積，從而穩(wěn)定了二維黑磷納米片在N-甲基吡咯烷酮中的分散，最終獲得了大片黑磷，這表現(xiàn)出了N-甲基吡咯烷酮和含氮離子液體在剝離黑磷上的協(xié)同性；3)在探針超聲作用下，探針周圍的溶劑即N-甲基吡咯烷酮形成了高能量的漩渦，加之含氮離子液體的存在，使得二維黑磷納米片的表面形成一定的孔洞，這大大增加了黑磷的比表面積，提高了黑磷的性能。
本發(fā)明中，可選地，所述混合液中，所述塊狀黑磷與所述含磷離子液體的質(zhì)量比1:1-100，進一步地為1：(1.5-30)，例如為1:2。
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