[發明專利]一種二維范德華異質結及其應用

有效

• 申請號: 202010083606.1
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111282545B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 羅洋輝;王聰;張嵐;林呈琪;馮煜軒;方文霞;王佳瑩;孫伯旺
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;E03B3/28;B01D53/26;E06B7/28;G01N5/02
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 呂書桁

本發明公開了一種二維范德華異質結及其應用，該二維范德華異質結由兩種不同的超薄二維MOFs納米片進行范德華雜化而成，其制備方法如下：1）合成三維MOFs前體材料；2）將三維MOFs前體材料分別在溶液中剝離，制備超薄二維MOFs納米片；3）兩種不同的超薄二維MOFs納米片在溶液中1:1混合（mol/mol），攪拌、靜置，去除沉淀，旋干即得到所述的二維范德華異質結。其對空氣水的捕獲量高達自身重量的658%。所述的二維范德華異質結制備簡單，價格低廉，穩定性強，具有超強的空氣水捕獲能力，在無能耗空氣水捕獲裝置、智能吸濕窗戶和濕度檢測器等方面具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種二維范德華異質結制備方法及其應用，屬于納米材料領域。

背景技術

水資源匱乏是全球綠色可持續發展面臨的重大問題之一。地球周圍空氣中的水含量預計有1300萬億升，相當于全球湖泊淡水總含量的10%。對于這一“零成本”資源的綜合利用，一方面，將有效緩解淡水資源短缺問題；另一方面，將實現對空氣濕度的調控，為人類活動和生活居住提供舒適的空間，并改變人類的生存方式。空氣取水技術是一種能夠有效地解決水資源短缺的技術途徑，其原理是是采取一定方法收集空氣中的水資源并加以利用。空氣取水技術有含量大、可再生、清潔、可利用低品位熱源驅動等優點。空氣取水的方法可分為：機械方法：機械法、制冷結露法：、吸收法、吸附法。其中吸附法是濕空氣通過吸附劑，然后采用一定方式加熱吸附劑，水分從吸附劑內解吸，水蒸氣冷凝得到淡水。吸附法空氣取水與其它方法相比具有體積小、重量輕、裝置簡單、工作濕度要求低等優點，并可以利用太陽能或其它熱源作為解吸熱源，環保，節能。因此吸附法空氣取水技術已經被廣泛地應用。

多孔材料（如沸石、硅膠和MOFs）可以在大的相對濕度范圍內吸附從空氣中收集水分。然而對于傳統的吸附劑（如沸石、硅凝膠）吸水率低，并且需要高能耗才能釋放水分。而MOFs材料由于其可以在分子水平上制備和修飾，以及超高的孔隙率，使其廣泛地應用于氣體儲存、分離和催化和空氣水捕獲等方面。不同的二維材料可以借助弱范德華作用力自由的堆垛形成具有原子級平整界面的人工異質結構，這種異質結構通常被稱為范德華異質結。通過選擇不同的二維材料和特定的堆垛方式，各自的獨特性質可以有機地結合在一起。近年來范德華異質結已經成為新型的研究領域，這主要是因為：通過將具有不同性質（特別是吸水性）的二維材料堆砌到一起，可以實現對組合而成的“新”材料的性質進行人工調控，并且層間弱的范德華作用力，相鄰的層間不再受晶格必須相匹配的限制。

發明內容

技術問題：為了解決水資源短缺的問題，本發明的目的是一種二維范德華異質結材料的制備及其在空氣水捕獲方面的應用，該異質結材料的制備方法簡單、價格低廉、具有超強的吸水性。在無能耗空氣水捕獲、智能吸濕窗戶和濕度檢測器等方面具有廣泛的應用前景。

技術方案：

本發明提供了一種二維范德華異質結，二維范德華異質結由兩種不同的超薄二維MOFs納米片進行范德華雜化而成；二維范德華異質結名稱為2D-Zn/2D-Co，其中2D-Zn (Zn(NCS)₂(C₄N₂H₄)₂)和2D-Co (Co(NCS)₂(C₄N₂H₄)₂)分別為兩種不同的超薄二維MOFs納米片。

本發明提供了一種二維范德華異質結的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

1） 在室溫下，將Co(SCN)₂溶于水溶液中，將吡嗪(pyz, C₄N₂H₄)溶于丙酮溶液中。然后將Co(SCN)₂水溶液緩慢加入吡嗪丙酮溶液中，在100-500 rpm下攪拌1-3h，1000-2000rpm離心，清水洗滌，干燥，得到橘黃色固體產物，即得到三維MOFs前體材料。