[發(fā)明專利]一種借助超細碳管大量簡單剝離多種二維層狀材料的方法

在審

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• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112299485A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 董安鋼;韓文茜;楊東;吳冠宏
• 申請（專利權）人: 青島昊鑫新能源科技有限公司
• 主分類號: C01G41/00
• 分類號: C01G41/00;C01B32/168;C01B25/02;C01B32/19;B82Y30/00;C01B33/40;C01B21/064;C01B17/20;C01B13/14
• 代理公司: 北京久維律師事務所 11582
• 代理人: 邢江峰

本發(fā)明屬于無機材料技術領域，具體為一種借助超細碳管大量簡單剝離多種二維材料的方法。本發(fā)明方法將碳管分散不同極性的溶劑中，配制成穩(wěn)定的碳管稀溶液；再將一定質量的石墨、黑磷、黏土、氮化硼、二維金屬硫化物等其他二維層狀塊體材料分散在上述配制好的碳管稀溶液中，對其進行不同時長的超聲剝離處理。通過碳管的加入量的不同和超聲處理的時間不同，可以獲得不同層厚的層狀物質。本發(fā)明獲得的單層/少層二維片狀材料@碳管是一種一維材料與二維材料組裝的復合材料，此材料在電催化、儲能以及氣敏傳感方面均有優(yōu)異的性能。

技術領域

本發(fā)明屬于無機材料技術領域，具體為一種借助超細碳管大量簡單剝離多種二維材料的方法。

背景技術

層狀材料是一種有著強烈面內化學鍵但是面外卻只有弱范德華作用力的固體，其可以經過處理成為納米尺度甚至是原子級尺度的片，這種片的性質與原始的前驅體大為不同。這個過程就叫做剝離。層狀材料的一個主要優(yōu)點在于其多樣性，甚至在進行剝離前，其展現出了很寬的光譜性質。例如二維層狀過渡金屬硫化物有40多種，根據其金屬原子的配位態(tài)或者氧化態(tài)的不同、晶格摻雜的不同導致其可能為金屬、半金屬或者是半導體。并且，這些材料展現出了良好的電催化以及儲能方面的優(yōu)勢。因此層狀材料有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

將層狀材料進行剝離的最簡單優(yōu)勢就是可以獲得與原材料相比大很多倍的比表面積。近年來，剝離層狀材料的另一個優(yōu)勢也逐漸顯現出來。剝離前，層狀材料的電子波函數是三維的，經過剝離，其波函數被迫接受二維波函數，從而改性了其電子帶結構。這就是說通過剝離增大了其本身的電子遷移率，也可能激發(fā)出其他令人興奮的性質。例如，石墨經過剝離后可以成為石墨烯，性質發(fā)生了巨大的改變。同樣的二硫化鉬這種過渡金屬硫化物，經過剝離后帶隙能從1.9電子伏變?yōu)?.3電子伏，使其從一種無熒光的物質變?yōu)楣庵掳l(fā)光。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種剝離多種二維層狀材料的簡單方法，并且拓寬其應用范圍，得到的單層/少層二維材料可用于電催化、儲能以及氣敏傳感。

本發(fā)明一種借助超細碳管大量簡單剝離多種二維材料的方法，包括步驟：

(1)將碳管分散在分散劑中，形成穩(wěn)定的碳管稀分散液；

(2)將二維層狀材料，分散在步驟(1)中的碳管分散液中；

(3)將步驟(2)獲得的分散液用超聲儀器進行剝離；

(4)將剝離后得到的混合物進行分離，所得固體進行烘干，得到二維層狀材料@碳管復合材料。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述的碳管為自制粉末碳管、商業(yè)化碳管、自制/商業(yè)化碳棒、VGCF以及纖維素中的一種或任意幾種任意量的混合。

優(yōu)選地，直徑為20-200nm，長度為20nm-10μm。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述的分散劑為甲醇、乙醇、異丙醇、二甲基甲酰胺、二甲亞砜以及N-二甲基吡咯烷酮中的任意一種或幾種任意量的混合。

優(yōu)選地，步驟(2)中所述的二維層狀材料為石墨、黑磷、黏土、氮化硼、過渡金屬二硫化物、過渡金屬三硫化物以及層狀雙氫氧化物中的任意一種。

優(yōu)選地，步驟(3)中所述的超聲儀器為普通超聲清洗儀、均質機以及細胞粉碎儀中的任意一種；超聲剝離時間為1h～24h；超聲剝離過程的溫度為0-10℃。

優(yōu)選地，步驟(4)中所述的分離，其離心轉速為500～3000轉，離心時間為15～60min。

優(yōu)選地，步驟(4)中烘干溫度為50～100℃。

優(yōu)選地，所得二維層狀材料@碳管復合材料為100nm～10μm。

優(yōu)選地，所得二維層狀材料@碳管復合材料層數為1～5層。