[發明專利]超薄二維釩磷氧復合金屬氧化物納米片晶的制備方法

有效

• 申請號: 202010161283.3
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111204728B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 劉瑞霞;黎康;張鎖江;鄭朝生;趙磊;馬俊杰;周志茂;聶毅;張延強
• 申請（專利權）人: 遼寧盛澤精細化工科技有限公司;鄭州中科新興產業技術研究院
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發明公開了一種超薄二維釩磷氧復合金屬氧化物納米片晶的制備方法，步驟如下：1）將離子液體分散于溶劑中，得到剝離溶液；所述離子液體的陽離子為咪唑類或季銨類陽離子，陰離子為鹵素陰離子、硫酸氫根離子、醋酸根離子、氟酸根離子或硼酸根離子中的至少一種；2）將釩磷氧復合金屬氧化物分散到步驟（1）剝離溶液中，超聲、離心得到超薄二維釩磷氧復合金屬氧化物納米片晶。該方法利用離子液體剝離制備出分散性好，晶面裸露充分，小尺寸（8~15nm）的超薄二維釩磷氧復合金屬氧化物納米片晶，克服了傳統二維釩磷氧材料液相剝離不充分，剝離手段復雜，分散性低，剝離后重聚等問題，得到的二維納米片晶材料具備廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及化學化工領域，具體涉及一種超薄二維釩磷氧復合金屬氧化物納米片晶的制備方法。

背景技術

二維納米材料因為其獨特的表面物理化學性質及量子尺寸效應，表現出超高的載流子遷移率、良好的熱導率等優勢，被廣泛的報道和應用。釩磷氧復合金屬氧化物材料具有獨特的晶體結構，電磁性質和較高的氧化還原催化活性，在催化、電化學、能源化工等領域已得到高度重視。液相剝離是制備二維納米材料最傳統和簡易的辦法，主要使用二甲基亞砜、醇類、叔丁基鋰等做剝離溶劑，其存在剝離不充分，易重聚，剝離劑危險不綠色，剝離手段復雜等問題。區別于石墨烯，氮化硼，黑磷，金屬硫化物等層間為較弱的范德華作用力的材料，釩磷氧復合金屬氧化物其特殊的結構，其主體層板結構主要由[VO₆]八面體與[PO₄]四面體連接而成，層間為較強氫鍵作用或靜電作用力，在剝離制備的過程中需要進一步的調控剝離手段，在維持層板的物性結構的同時實現二維納米材料剝離制備。

發明內容

本發明提出了一種超薄二維釩磷氧復合金屬氧化物納米片晶的制備方法，利用離子液體剝離制備二維納米材料，能夠克服傳統溶劑剝離方法存在的剝離不充分、剝離易重聚、剝離劑污染不綠色和剝離手段復雜等問題。從分子結構出發實現對二維功能納米材料的構筑與高效制備是研究的重點及難點，以層狀VOPO₄?2H₂O為例，其分子結構上下層板之間由水分子形成較強氫鍵作用維持其層板結構。我們提出引入功能離子液體破壞其層間較強的水合氫鍵作用實現二維納米材料的剝離制備策略，并調變了離子液體的不同陰陽離子、鏈長、親疏水等，探究不同離子液體對二維納米片晶尺寸的調控作用。研究表明，離子液體能夠實現釩磷氧復合金屬氧化物的物理化學剝離，得到高分散，晶面裸露充分的超薄二維納米片晶材料。

實現本發明的技術方案是：

一種超薄二維釩磷氧復合金屬氧化物納米片晶的制備方法，步驟如下：

（1）將離子液體分散于溶劑中，得到剝離溶液；所述離子液體的陽離子為咪唑類或季銨類陽離子，陰離子為鹵素陰離子、硫酸氫根離子、醋酸根離子、氟酸根離子或硼酸根離子中的至少一種；所述溶劑為二甲基亞砜、丙酮、石油醚、N-甲基吡咯烷酮、N-N-二甲基甲酰胺或二氯甲烷中的至少一種；

（2）將釩磷氧復合金屬氧化物分散到步驟（1）剝離溶液中，超聲、離心得到超薄二維釩磷氧復合金屬氧化物納米片晶。

所述步驟（1）中離子液體的陽離子為咪唑類或季銨類陽離子，陰離子為鹵素陰離子、硫酸氫根離子、醋酸根離子、氟酸根離子或硼酸根離子中的至少一種。

所述咪唑類陽離子為1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM]⁺)、十四烷基-3-甲基咪唑([TEMIM]⁺)、癸基-3-甲基咪唑([DEMIM]⁺)、1-乙基-3-甲基咪唑([EMIM]⁺)、1-辛基-3-甲基咪唑([OMIM]⁺)；季銨類陽離子為四丁基胺([TBA]⁺)、十六烷基三甲基胺([CTA]⁺)、磺酸丁基三乙胺([TEBA]⁺)中的至少一種。