[發(fā)明專利]一種磷烯材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010927473.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-07
• 公開（公告）號(hào): CN112010274B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喻學(xué)鋒;李睿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C01B25/00
• 分類號(hào): C01B25/00
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 李玉娜

本發(fā)明公開了一種磷烯材料及其制備方法和應(yīng)用，制備方法包括：將單質(zhì)磷源與溶劑混合并攪拌均勻得到混合體系；將混合體系在加熱條件下反應(yīng)，即得到磷烯材料；所述溶劑為乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、癸二胺、二乙胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、乙醇、水中的一種或至少兩種的組合；當(dāng)所述溶劑包含乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、二乙胺、二乙烯三胺、乙醇、水，所述加熱溫度為171?300℃；當(dāng)所述溶劑包含己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、癸二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺，所述加熱溫度為120?300℃。本發(fā)明使用溶劑熱一步法直接制備得到了具有規(guī)整形貌、優(yōu)勢(shì)半導(dǎo)體性能和顯著增強(qiáng)的水氧穩(wěn)定性的抗氧化橙磷磷烯。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)晶態(tài)磷二維材料制備方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種磷烯材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

單質(zhì)磷材料具有很多種同質(zhì)異形體，其中白磷、紅磷都取得了廣泛的工業(yè)應(yīng)用，而黑磷憑借其獨(dú)特的半導(dǎo)體性能和光電熱特性，近年來也取得了廣泛的研究與關(guān)注。黑磷獨(dú)有的二維片層結(jié)構(gòu)，使得其還能夠進(jìn)一步剝離成為薄層黑磷納米片甚至黑磷磷烯，令性能取得更顯著的飛躍。由于黑磷磷烯非常高的載流子遷移速率等優(yōu)點(diǎn)，在光電子器件、能源、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中具有極大的應(yīng)用潛力，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過石墨烯材料，被認(rèn)為是一種非常有潛力的二維材料。

然而，因黑磷磷烯制備技術(shù)的限制，目前其大批量生產(chǎn)非常困難。困難主要來源于以下幾個(gè)方面：(1)黑磷磷烯的制備目前需要依托于高質(zhì)量的黑磷塊體材料，而塊體材料的制備需要在高溫高壓條件下，通過氣相傳輸手段來完成，不穩(wěn)定程度極高，難以工業(yè)放大；(2)目前主流的以機(jī)械或者液相剝離手段，將塊體黑磷轉(zhuǎn)變?yōu)楹诹琢紫┑姆椒ǜ菢O其耗時(shí)、成本很高，技術(shù)本身很難放大，同時(shí)黑磷磷烯的產(chǎn)量也非常低，導(dǎo)致大批量工業(yè)化生產(chǎn)根本無法實(shí)現(xiàn)。因此現(xiàn)階段黑磷磷烯的應(yīng)用與發(fā)展受到極大的限制，距離工業(yè)化生產(chǎn)還有漫長道路要走。此外，現(xiàn)有黑磷磷烯的一個(gè)卡脖子技術(shù)難點(diǎn)在于水氧穩(wěn)定性很差，很容易被氧化，甚至在剝離的過程中，就可能因被氧化而失去半導(dǎo)體特性。在應(yīng)用中，穩(wěn)定性欠缺這個(gè)嚴(yán)重的瓶頸問題將黑磷磷烯的應(yīng)用基本束縛在了實(shí)驗(yàn)室階段，缺乏實(shí)際意義。上述這些重大缺陷制約了黑磷磷烯的進(jìn)一步研究與發(fā)展。

因此新磷烯材料的開發(fā)開始成為領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)，但由于絕大部分磷單質(zhì)材料不具有二維片層結(jié)構(gòu)，難以制備成磷烯材料，因此目前僅有少量的新型磷烯材料制備報(bào)道，包括紫磷磷烯、藍(lán)磷磷烯等，制備方式仍以傳統(tǒng)手段為主，并未能克服上述的問題。對(duì)新型磷烯結(jié)構(gòu)的研究有望解決黑磷磷烯面臨的重大瓶頸問題，推進(jìn)磷烯材料的應(yīng)用與放大生產(chǎn)，具有重大的戰(zhàn)略與實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述背景技術(shù)中所提出的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種磷烯材料及其制備方法和應(yīng)用。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一方面，本發(fā)明提供了一種磷烯材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將單質(zhì)磷源與溶劑混合并攪拌均勻得到混合體系；

2)將混合體系在加熱條件下反應(yīng)，即得到磷烯材料；

所述溶劑為乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、癸二胺、二乙胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、乙醇、水中的一種或至少兩種的組合；

當(dāng)所述溶劑包含乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、二乙胺、二乙烯三胺、乙醇、水時(shí)，所述加熱溫度為171-300℃，優(yōu)選為180-280℃，過低的溫度無法推進(jìn)轉(zhuǎn)化，會(huì)造成產(chǎn)物主要是已報(bào)道過的溶劑熱黑磷；當(dāng)所述溶劑包含己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、癸二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺時(shí)，更高的卷曲自由度會(huì)促進(jìn)磷烯材料的形成，合成溫度可適當(dāng)降低，所述加熱溫度為120-300℃，優(yōu)選為160-280℃。

進(jìn)一步地，所述磷烯材料命名為橙磷磷烯。