[發(fā)明專利]一種以SnP3

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010223824.0
• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN111439734A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王佳宏;汪建南;喻學(xué)鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市中科墨磷科技有限公司;深圳先進技術(shù)研究院
• 主分類號: C01B25/02
• 分類號: C01B25/02;C01B25/08;B01J27/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種以SnP₃為催化劑高效制備二維黑磷晶體的方法。首先稱取紅磷原料與金屬單質(zhì)錫在惰性氣氛下進行高能球磨，得到SnP₃粉末，并將其取出備用；再在惰性氣氛下，稱取紅磷原料、SnP₃粉末和輸運劑在真空封管系統(tǒng)進行加熱處理，最終制得高純度、高質(zhì)量的二維黑磷晶體。相比較于傳統(tǒng)的以金屬單質(zhì)Sn為催化劑制備二維黑磷晶體的方法，以反應(yīng)體系中間產(chǎn)物SnP₃作為催化劑，能夠顯著降低紅磷?黑磷轉(zhuǎn)化過程所需的成核勢壘，加速反應(yīng)的成核與生長過程，不僅可以降低合成過程中的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，減少能耗，而且還能減少管內(nèi)壓強，防止炸管的發(fā)生。該方法合成出的黑磷晶體雜質(zhì)少、純度高、質(zhì)量好，更有利于實現(xiàn)黑磷晶體的工業(yè)化規(guī)模制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二維材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以錫磷化合物(SnP₃)為催化劑高效制備二維黑磷晶體的方法。

背景技術(shù)

2014年以來，黑磷由于其優(yōu)異的性能，開始獲得廣泛關(guān)注，甚至被認為是能與石墨烯相媲美的新型二維原子材料。二維黑磷最特別的價值體現(xiàn)在它與其他二維材料不同的三個方面。(1)光學(xué)性質(zhì)。薄層黑磷的帶隙大小可通過厚度進行調(diào)節(jié)(0.3～1.5eV)，且其帶隙恰好是連接石墨烯的零帶隙和過度金屬硫化物較寬帶隙(1.5～2.5eV)之間帶隙缺陷的橋梁。研究顯示，薄層黑磷在1-5μm波段范圍內(nèi)表現(xiàn)出了較強的光傳導(dǎo)效率，這表明黑磷在近紅外以及中紅外光電器件領(lǐng)域，如光探測器、調(diào)制解調(diào)器、發(fā)光二極管，有很大的應(yīng)用潛力。此外，當單層或少層黑磷受到壓縮或者拉伸等應(yīng)變力時，其能帶結(jié)構(gòu)會發(fā)生顯著的改變。因此，單層的黑磷光響應(yīng)波段能夠包含較廣的范圍，并且能夠和電磁波發(fā)生強烈的相互作用，這在醫(yī)藥、國防、通信、夜視、熱成像技術(shù)和近紅外、中紅外以及可見光區(qū)的光通信等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。(2)電學(xué)性質(zhì)。黑磷具有較高的電子遷移率和開關(guān)比，使其能應(yīng)用到石墨烯力所不及的場效應(yīng)晶體管中。目前，第一代的高速黑磷晶體管受益于黑磷獨特的帶隙性質(zhì)帶來的良好電流飽和性能，在電壓和功率增益上顯示出優(yōu)越的電子輻射頻率。未來預(yù)期在納米電子學(xué)器件上會有更大的應(yīng)用。(3)平面內(nèi)各向異性。黑磷最獨特的性質(zhì)是平面內(nèi)很強的各向異性，其正交晶系的D2h點群中，沿著縱向的鋸齒型的有效載流子是沿著橫向結(jié)構(gòu)的十倍。這一性質(zhì)使得黑磷用于設(shè)計新型的電子學(xué)和光子學(xué)器件成為可能。目前，研究者已經(jīng)開始探索黑磷等離子器件外加光電子的獨特偏振性質(zhì)，以及在熱電器件上的應(yīng)用。因此開發(fā)一種高效、可控的黑磷晶體的制備方法對于推廣黑磷的實際應(yīng)用十分有必要。

黑磷晶體的制備也經(jīng)歷了一個漫長的研究過程。自從Bridgeman在1914年于高溫高壓條件下將白磷轉(zhuǎn)變?yōu)楹诹?Journal of the American Chemical Society,1914,36(7):1344-1363)，近百年來研究人員們又相繼開發(fā)了各種黑磷晶體的制備方法。如汞催化法、高能球磨法等，但是無不受限于苛刻的制備條件、復(fù)雜的反應(yīng)裝置等不足。直到2007年Nilges報道了一種低壓條件下，利用金、錫作為催化劑將紅磷轉(zhuǎn)變?yōu)榱撕诹椎姆椒?Inorganic chemistry,2007,46(10):4028-4035)，這也為現(xiàn)在最為廣泛采用的化學(xué)氣相傳輸法(CVT，Chemical vapor transmission)制備黑磷晶體打下了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。