[發明專利]一種磷烯的宏量制備方法

在審

• 申請號: 201710020061.8
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN107055496A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 廉培超;王波;葉云;王倩;李海寧
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B25/02
• 分類號: C01B25/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種磷烯的宏量制備方法，屬于磷烯制備技術領域。

背景技術

在自然界中，磷元素的同素異形體主要有白磷、紅磷和黑磷，相比于白磷和紅磷性質活潑，黑磷則是一種磷的最穩定的同素異形體。黑磷的晶型主要有正交型、菱型、簡單立方型和無定型，正交晶型的黑磷具有層狀結構，層與層之間通過范德華力結合，因此，可以通過化學法和物理法打破這種層間力，從而得到少層或單層的黑磷烯。黑磷烯具有諸多塊體黑磷所不具備的優異性能，如高的比表面積、可調節的直接帶隙和良好的光電性能等，這些優點使得它在儲能、光電子、催化等領域具有很好的應用前景。

傳統的制備磷烯的方法主要有機械剝離法、超聲波液相剝離法和化學合成法。機械剝離法是由塊狀層型晶體制備二維材料的傳統方法，主要通過將一片膠帶粘在塊狀材料的一側，另一側粘在另一片膠帶，然后將一片膠帶撕開，這樣反復操作，就可得到比較薄的片狀材料，此種制備方法雖能保證材料原始性能，但是操作繁雜，耗時耗力，很難進行大規模生產。超聲波液相剝離法是一種應用廣泛的從塊體制備超薄二維材料的方法，將塊體材料直接在有機溶劑中超聲處理，這種方法最大的缺陷在于超聲處理的時間很長，且產率低，很難得到尺寸較大的磷烯。化學合成法是通過將反應的前驅體在基底上發生反應或是分解，形成超薄的較大尺寸的納米片，這種方法通常用到的高溫和高真空的環境是其基本條件，且如何完好的將材料從基底上轉移做進一步的研究和應用也是面臨的又一大難題。因此，開發一種簡單的、產率高且能連續化制備高質量的磷烯的技術對磷烯在儲能、光電子和催化等領域的應用具有重要的意義。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提出一種磷烯的宏量制備方法，采用高壓均質機來制備磷烯，能夠連續操作同時具有良好剝離效果。

一種磷烯的宏量制備方法，包括以下步驟：

（1）取黑磷晶體和溶劑，將黑磷晶體加入到溶劑中，攪拌使其混合均勻，得到混合液；

（2）用惰性氣體（包括氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣和氡氣等）排空高壓均質機內的空氣，將步驟（1）配制好的混合液倒入高壓均質機的料斗中，開啟高壓均質機，設置適當的壓力，使混合液高速通過高壓均質機的均質腔，此時，混合液會同時受到高速剪切、高頻震蕩和對流撞擊等機械力作用和相應的熱效應，5-60min后得到剝離效果良好的懸浮液；

（3）將步驟（2）得到的懸浮液在1000~10000rpm轉速下離心，將上層清液采用微孔濾膜過濾，再用去離子水和無水乙醇反復清洗可得到磷烯。

步驟（1）中的黑磷晶體為正交晶型黑磷晶體。

步驟（1）所述的溶劑為去離子水、穩定性較好的有機溶劑（如N-甲基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、鄰二氯苯、異丙苯基過氧化氫、醇類、醚類等）或穩定性較好的離子液體（如咪唑類、季銨鹽類、吡咯類、哌啶類、吡唑類、嗎啉類、噁唑類、胍鹽類、锍鹽類、季膦鹽類等）。

步驟（1）中黑磷晶體與溶劑的固液比為1~50mg/mL。

步驟（2）中高壓均質機的工作壓力為1500~1800bar。

本發明的有益效果：

1、本發明所述方法是一種物理方法，無化學反應，未引入其它基團，可以剝離得到無缺陷、高質量的磷烯；

2、高壓均質機能夠提供高速剪切、高頻震蕩和對流撞擊等機械力作用和相應的熱效應，具有良好的剝離效果；

3、高壓均質機是一種能夠連續操作的設備，因此本發明是一種可連續操作制備磷烯的新方法，具有突破性意義，為磷烯的工業化規模制備提供了一條嶄新的道路；

4、本發明使用高壓均質機在合適的溶劑中剝離磷烯，具有設備利用率高、產量大、工藝參數穩定、易實現自動化操作等特點，在產品質量得到保證的同時還能實現工業化規模制備。

附圖說明

圖1為正交晶型黑磷的XRD圖譜；

圖2為實施例1制備的磷烯的透射電鏡圖像；

圖3為實施例1制備的磷烯的拉曼光譜圖。

具體實施方式

實施例1

（1）用天平稱量0.2g正交晶型黑磷晶體（XRD圖譜如圖1所示）加入到試劑瓶中，再用量筒量取200mL有機溶劑NMP（N-甲基吡咯烷酮）倒入試劑瓶中，封口以后混合均勻得混合液；