[發(fā)明專利]一種二維硅的制備方法及其應用

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• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111204767A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設計）人: 馮金奎;安永靈;田園
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021;H01L31/0224;H01M4/38;H01G11/30;B01J21/06;B01J20/02;B01J20/30
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發(fā)明涉及二維硅制備技術領域，尤其涉及一種二維硅的制備方法及其應用。所述方法包括如下步驟：以ASi₂型合金為前驅體，采用化學脫合金或者真空脫合金的方法對所述前驅體進行處理，即可得到二維硅。本發(fā)明的二維硅的制備方法能夠以商業(yè)化的合金作為前驅體，這類前驅體的種類多，成本低，可以顯著降低二維硅的制備成本。另外，本發(fā)明的制備方法不需制備特定的前驅體、不需煅燒、不需球磨，也沒有繁雜的反應工序，因此，本發(fā)明的制備工藝簡單、成本低，極大地提高了生產(chǎn)效率高，能更好地滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，極具應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及二維硅制備技術領域，尤其涉及一種二維硅的制備方法及其應用。

背景技術

本發(fā)明背景技術中公開的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經(jīng)成為本領域一般技術人員所公知的現(xiàn)有技術。

二維材料具有獨特的物理化學性能，在技術應用及基礎研究方面取得了重要的進展。近年來，各種二維材料，如石墨烯、過渡金屬氧化物、硫化物、及碳氮化物等，已經(jīng)被廣泛的用于催化、吸附和儲能等領域。然而，由于硅是各向同性的立方相晶相，要實現(xiàn)自發(fā)層狀生長極為困難。目前，盡管開發(fā)了多種方法合成二維硅，如化學氣相沉積、模板誘導合成、剝離等方法，但本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這些方法普遍存在成本高、工藝復雜、前驅體單一、產(chǎn)率低、對材料的利用率低等問題。

發(fā)明內容

針對上述的問題，開發(fā)一種成本低、產(chǎn)率高、結構完整，且能夠實現(xiàn)大規(guī)模制備二維硅的方法是本發(fā)明要實現(xiàn)的主要目的。為此，本發(fā)明提出一種二維硅的制備方法及其應用。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術手段為：

首先，本發(fā)明公開一種二維硅的制備方法，包括如下步驟：以ASi₂型合金為前驅體，采用化學脫合金的方法對所述前驅體進行處理，即可得到二維硅。

進一步地，采用化學脫合金的方法時，所述前驅體包括：CaSi₂、NiSi₂、FeSi₂、TiSi₂、CoSi₂、CrSi₂、NbSi₂、ZrSi₂、MoSi₂、LiSi₂中的任意一種或兩種及以上的混合物。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)這種類型的合金通過脫除其中的A元素后能夠在形成高純度硅材料的同時，形成二維的層狀結構，從而得到二維硅。另外，由于ASi₂型合金中的A元素被除去，本發(fā)明制備的這種二維硅還具一定的有多孔特性，這進一步增大了與電解液的接觸界面、提高電荷傳輸速率，從而提高其電化學性能。

進一步地，所述化學脫合金的方法為采用酸對前驅體進行刻蝕處理。

可選地，所述酸包括鹽酸、硫酸、醋酸、草酸，檸檬酸、磷酸、亞硫酸、磷酸、氫氟酸、甲酸、苯甲酸、乙酸、丙酸、硬脂酸、碳酸、氫硫酸、次氯酸、硼酸、硅酸中的任意一種或兩種及以上的混合物。

進一步地，所述化學脫合金的方法中，反應的溫度為0-80℃，反應的時間為1-24h。例如，可以在25-50℃之間反應5-24h。需要說明的是，反應的溫度和時間可以根據(jù)選擇的前驅體和酸進行靈活選擇。

進一步地，所述化學脫合金的方法中，反應后對得到的產(chǎn)物依次進行過濾、洗滌、干燥。以便于除去產(chǎn)物表面的殘留酸液。優(yōu)選地，所述干燥為真空干燥；真空干燥的溫度為70-150℃，防止二維硅的表面在高溫下被氧化。

其次，本發(fā)明公開另一種二維硅的制備方法，包括如下步驟：以ASi₂型合金為前驅體，采用真空脫合金的方法對所述前驅體進行處理，即可得到二維硅。

進一步地，采用真空脫合金的方法時，所述前驅體包括：CaSi₂、LiSi₂中的任意一種或兩種的混合物。