[發明專利]一種二維材料黑磷溶解性的改善方法

有效

• 申請號: 202011008533.6
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112110430B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 趙云;姜研;倪中海
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C01B25/00
• 分類號: C01B25/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周敏

本發明公開了一種二維材料黑磷溶解性的改善方法，通過烷基醇鈉與黑磷發生化學反應，生成C?O?P鍵，在黑磷表面或邊緣引入可溶性烷氧基側鏈，有助于黑磷溶于有機溶劑，增大黑磷在有機溶劑中溶解性，從而改善二維黑磷材料的溶液加工性能。同時，引入基團對黑磷材料的邊緣和表面進行了保護，從而改善了材料的大氣穩定性。本發明的制備方法簡單，可操作性性強，不需要極端反應條件，改性后的黑磷在有機溶劑中的溶解性增大，有利于黑磷的進一步溶液加工和應用。

技術領域

本發明涉及功能材料的制備技術領域，具體涉及一種二維材料黑磷溶解性的改善方法。

背景技術

黑磷是一種新型的具有原子層厚度的二維半導體材料，因其獨特的維度特性，成為非常前沿的研究熱點。黑磷的帶隙能隨層數可調節，且具有較高電子遷移率，這種獨特的電學、光學特性，使其在光通訊、能源、光探測等領域都具有極大的應用潛力。

但是黑磷也存在著缺陷，黑磷在普通有機溶劑中的溶解度非常的低，很難實現溶液加工，這對制備光電等功能器件的制備，帶來了較大困難，很大程度上制約了黑磷的研究和工業應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種二維材料黑磷溶解性的改善方法，通過對黑磷表面進行改性，增大其在有機溶劑中的溶解性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種二維材料黑磷溶解性的改善方法，通過烷基醇鈉與黑磷發生化學反應，生成C-O-P鍵，在黑磷表面或邊緣引入可溶性烷氧基側鏈，有助于黑磷溶于有機溶劑，因此修飾后的黑磷將在有機溶劑中具有良好的溶解性，從而改善二維黑磷材料的溶液加工性能。

具體步驟包括：在惰性氣氛條件下，將黑磷和烷基醇鈉按一定比例加入到有機溶劑中，室溫下攪拌反應36～72h，然后先以2000～3000rpm的轉速離心10～30min，除去未反應的黑磷，再以不低于12000rpm的轉速離心60～100min，倒出上層清液，收集下層固體沉淀，減壓干燥，得到改性黑磷。

優選的，所述黑磷和烷基醇鈉的摩爾比為1：1～2。

更優選的，所述黑磷和烷基醇鈉的摩爾比為1：1.5。

優選的，所述烷基醇鈉為甲醇鈉、異戊醇鈉、正辛醇鈉中的一種。

更優選的，所述烷基醇鈉為甲醇鈉。

優選的，所述有機溶劑為二甲基甲酰胺(DMF)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

優選的，攪拌轉速為200-500rpm/min。

更優選的，攪拌轉速為300rpm/min，反應時間為48h。

與現有技術相比，本發明通過表面的化學修飾，在黑磷表面或邊緣引入可溶性烷氧基側鏈，就可以使黑磷可溶于有機溶劑，因此修飾后的黑磷將在有機溶劑中具有良好的溶解性，從而改善二維黑磷材料的溶液加工性能。同時，引入基團對黑磷材料的邊緣和表面進行了保護，從而改善了材料的大氣穩定性。該發明方法簡單，可操作性性強，不需要極端反應條件，改性后的黑磷在有機溶劑中的溶解性增大，有利于黑磷的進一步溶液加工和應用。

附圖說明

圖1為本發明實施例1改性前后黑磷在甲醇中紫外-可見吸收譜圖；

圖2為本發明實施例1改性前后黑磷的紅外光譜圖；

圖3為本發明實施例1改性前后黑磷的拉曼光譜圖；

圖4為本發明實施例1改性前后黑磷的X射線光電子能譜；

圖5為黑磷改性的反應機理示意圖；

圖6為本發明實施例1改性前后黑磷在空氣中放置不同時間后在甲醇中紫外-可見吸收譜圖的變化：a)原始黑磷的紫外-可見吸收譜圖；b)改性后黑磷的紫外-可見吸收譜圖；c)吸收率與時間的關系。