[發(fā)明專利]一種二維限域冰及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109612177B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉冰冰;石利粉;李冰
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: F25C1/00
• 分類號: F25C1/00;C01B32/198
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 王恩遠(yuǎn)

本發(fā)明的一種二維限域冰及其制備方法，屬于納米材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。所述的冰限域于GO層間，常溫常壓條件下穩(wěn)定存在，且為二維有序結(jié)構(gòu)。制備方法包括將氧化石墨烯抽真空、噴霧吸水、再抽真空等步驟。本發(fā)明方法簡單，操作方便，制備的限域體系中的冰結(jié)構(gòu)，可以在常溫常壓條件下穩(wěn)定存在于正常空氣環(huán)境中。本發(fā)明對于解決二維限域體系下關(guān)于限域水結(jié)構(gòu)的爭議、拓展人們對冰存在條件的認(rèn)識，以及對于人類深入認(rèn)識自然和生命現(xiàn)象具有重要的科學(xué)意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及以納米限域技術(shù)制備一種常溫常壓下穩(wěn)定存在的冰的新方法。

背景技術(shù)

常溫常壓下，水是一種無色無味的透明液體，是自然界中最常見的物質(zhì)之一，廣泛分布于江、河、湖、泊、極地冰川、大氣和地下等地方。水是生命體最重要的組成部分，是生命存在的重要資源。由于其在物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)學(xué)和氣象學(xué)等領(lǐng)域的重要科學(xué)地位，一直以來都受到眾多科研工作者的極大關(guān)注。

水僅由氫氧兩種元素組成，但其結(jié)構(gòu)極其豐富，其化學(xué)式是H₂O。水的存在形式的研究，對于人類認(rèn)識生命和自然現(xiàn)象具有重要意義。水的相圖極其豐富，目前為止，水的固態(tài)相至少存在15種晶體結(jié)構(gòu)和3種非晶結(jié)構(gòu)，這些冰的獲得，通常需要滿足高壓或低溫條件。然而，近年來，隨著納米科技的進步，人們逐漸認(rèn)識到限域體系中的水，常溫常壓條件下就可以形成固態(tài)冰結(jié)構(gòu)，其中，具有代表性的工作是Algara-Siller等人報道的兩個石墨烯片層間水分子形成方形冰結(jié)構(gòu)，但該結(jié)果仍然存在很大質(zhì)疑。目前對于限域水的存在形式(常溫常壓條件)這個最基本的問題仍然未形成統(tǒng)一認(rèn)識。有的研究表明限域水的結(jié)冰溫度要低于體相水，并發(fā)現(xiàn)碳納米管內(nèi)的水在50K仍然保持液體狀態(tài)，而有的研究則表明碳管中的水分子在常溫常壓下就能形成冰的結(jié)構(gòu)。

近年來科學(xué)家預(yù)測，一些奇異的生命現(xiàn)象(如高溫高壓/低溫環(huán)境中生命體的存在)與細(xì)胞內(nèi)限域水的特殊結(jié)構(gòu)和相變規(guī)律密切相關(guān)。在納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，限域水存在形式的研究對促進含水環(huán)境下納米設(shè)備的發(fā)展有巨大貢獻(xiàn)。因此對于水的存在形式研究，不僅有助于深入認(rèn)識水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、理解生命體的活動，而且對納米材料領(lǐng)域內(nèi)獨特的物理化學(xué)過程及含水環(huán)境下納米設(shè)備的發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服背景技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種限域體系下能夠常溫常壓存在的二維結(jié)構(gòu)的冰，以及這種二維限域冰的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種二維限域冰，其特征為：所述的冰限域于氧化石墨烯(GO)層間，常溫常壓條件下穩(wěn)定存在，且為二維有序結(jié)構(gòu)。

一種二維限域冰的制備方法，有以下步驟：

1)：將氧化石墨烯抽真空16小時以上，得到干燥的氧化石墨烯限域模板；

2)：噴灑水霧到干燥的氧化石墨烯限域模板表面，2分鐘后得到吸水飽和的氧化石墨烯；

3)：將步驟2)得到的吸水氧化石墨烯置于抽真空系統(tǒng)，抽真空1小時，除去氧化石墨烯表面物理吸附的水分子和氧化石墨烯層間的液態(tài)水分子，得到常溫常壓下限域于氧化石墨烯層間的冰。

有益效果：

1、本發(fā)明方法簡單，操作方便。

2、本發(fā)明制備的限域體系中的冰結(jié)構(gòu)，可以在常溫常壓條件下穩(wěn)定存在于正常空氣環(huán)境中。

3、本發(fā)明對于解決二維限域體系下關(guān)于限域水結(jié)構(gòu)的爭議、拓展人們對冰存在條件的認(rèn)識，以及對于人類深入認(rèn)識自然和生命現(xiàn)象具有重要的科學(xué)意義。

附圖說明

圖1為GO抽真空前后的紅外吸收譜圖。

圖2為GO抽真空前后的XRD譜圖。