[發明專利]一種黑磷納米材料的制備方法

有效

• 申請號: 201711260477.3
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108059137B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 高召順;左婷婷;肖立業;韓立;許壯;孔祥東;馬玉田;劉俊標;丁發柱;古宏偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: C01B25/02
• 分類號: C01B25/02;B82Y30/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種黑磷納米材料的制備方法，具體步驟為：(1)將紅磷粉末與鉍粉末混合；(2)將混合后的粉末放入高能球磨罐球磨，球料比為5:1～50:1，轉速為100r/min～2000r/min，球磨時間為10min?100h；(3)將球磨后的粉末放入熱處理爐中，加熱到400～600℃，保溫1～24h，然后經過10h～60h緩慢冷卻至100～300℃，之后隨爐冷卻至室溫。本發明可制備出厚度范圍為微米級別到納米級的黑磷納米帶材。

技術領域

本發明涉及黑磷材料制備領域，特別涉及一種黑磷納米材料的制備方法。

背景技術

二維材料因其獨特的微觀結構和物理特化，在半導體電子學、能源材料以及催化等領域得到廣泛而深入的研究。在半導體光電子領域，電子遷移率極高的石墨烯和開關特性優異的過渡金屬硫化物分別在高頻器件和低功耗器件中具備良好的應用前景，但尋找一種能兼具兩者優點的材料體系仍然是二維材料研究中的熱點。黑磷，是磷最穩定的一種同素異形體，它有著類似但不同于石墨烯片層裝結構的波形層狀結構，這種獨特的波形層狀結構賦予了黑磷許多獨特的理化性質，如黑磷具備石墨烯所沒有的半導體直接帶隙，擁有超出過渡金屬硫化物二維材料的電子遷移率～1,000cm²V^-1s^-1，其電子結構呈顯著的層數依賴關系，且具備良好的電輸運特性，因而能成為二維材料中繼石墨烯和過渡金屬硫化物之后重要補充；并且黑磷具備獨特的各向異性光電特性，在各向異性納米光電子器件中具備良好的應用前景。

黑磷的研究雖然經歷了幾十年，但是直到2014年才可以制備出只有幾層厚度的黑磷烯。黑磷的制備條件非常苛刻，雖然可以由白磷或紅磷直接制備得到黑磷，但是其制備過程需要極高的壓力。例如，在高達幾個GPa的壓力下由紅磷制備大尺寸單晶黑磷。而在低壓下從紅磷生長出黑磷則需要使用催化劑，例如，金/錫等。為了避免高壓，也可以在合成過程中使用汞或鉍從而在室壓下由白磷制備出黑磷。但是必須提到到的是，白磷具有劇毒。此外，黑磷對于空氣和濕度非常敏感，需要在高真空下進行剝離和表面保護處理。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提出一種黑磷納米材料的制備方法。

本發明一種黑磷納米材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將紅磷粉末與鉍粉末進行混合；

(2)將混合后的紅磷粉末與鉍粉末放入高能球磨罐球磨，球料比為5:1～50:1，轉速為100r/min～2000r/min，球磨時間為10min-100h；

(3)將球磨后的粉末進行熱處理，所述熱處理具體為：將經步驟(2)球磨后的粉末放入放入熱處理爐中，，加熱溫度為到400℃～600℃，保溫1～24h，然后經過10h～60h緩慢冷卻至100℃～300℃，之后隨爐冷卻至室溫。

進一步地，上述所述方法步驟(1)中，所述紅磷粉末與鉍粉末的質量百分比為1:1～1:10。

進一步地，所述步驟(1)中，所述紅磷粉末和鉍粉末的純度不低于90％。

進一步地，所述步驟(1)上述方法中，所述紅磷粉末和鉍粉末的粒度為10～1000μm。

進一步地，由上述方法制備得到的黑磷納米材料包括帶狀和粉末狀。

進一步地，由上述方法制備得到的黑磷納米帶材的厚度范圍為微米級別到納米級別。

目前現有的合成黑磷的方法高毒性，產量低，高壓制備成本較高的特點相比，本發明制備黑磷的步驟簡單，常壓生成、無毒性、可操作性強。

附圖說明

圖1本發明實施例提供的黑磷薄帶的SEM照片；

圖2本發明實施例提供的黑磷薄帶的SEM照片；