[發明專利]一種改性黑磷烯及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202111397409.8
• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN113912030B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 李國平;李勝楠;羅運軍;王曉青
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C01B25/02
• 分類號: C01B25/02;C09J11/04
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明屬于新型二維材料黑磷烯制備和應用技術領域，本發明公開了一種改性黑磷烯及其制備方法與應用。該制備方法首先采用黑磷晶體制成黑磷烯，然后用黑磷烯和聚疊氮化合物制成黑磷烯混合液，最后對黑磷烯混合液進行熱處理即得改性黑磷烯。本發明利用聚疊氮化合物的疊氮基與黑磷烯表面反應生成P＝N基團，可以增大黑磷烯在空氣中的穩定性，并且，所制備的改性黑磷烯還具有黑磷納米片本身的良好的特性：良好的載流子遷移率、可調諧的帶隙和高度的各向異性等，因而本發明所制備的改性黑磷烯可廣泛應用于催化劑材料、電化學材料或航空材料等領域。

技術領域

本發明涉及新型二維材料黑磷烯制備和應用技術領域，尤其涉及一種改性黑磷烯及其制備方法與應用。

背景技術

2014年，一種新型二維材料單層黑磷—黑磷烯(PN)通過膠帶技術被制備出來，與石墨烯相比，黑磷烯的最大理論表面積為2400m²g^-1，具有更高的導電(載流子遷移率達到160000cm²/(V·s))和導熱性能(導熱系數為8500W/(m·K))，同時，黑磷烯可以和O₂反應釋放出大量熱，相比于石墨烯能量惰性，黑磷烯可以作為一種含能組分。但是，黑磷烯的應用過程還面臨一個非常大的難題，即它在空氣中容易降解，其原因是：黑磷烯在平面外具有很強的偶極矩，使得黑磷烯表面易吸附水和氧生成磷氧化合物從而降解。為擴大黑磷烯的應用領域，已經開始研究黑磷烯的穩定性，但研究結果并不理想，其原因是：在空氣中穩定黑磷烯的同時，會引進一定量的其他元素原子或基團，從而改變黑磷烯的物理化學性質，進而影響其實際的應用。尤其是將黑磷烯引入到含能復合材料時，會因為新元素或基團的引入而導致體系能量水平下降。

另外，有研究學者將黑磷烯納米片作為二維納米填料用于增強聚乙烯醇(PVA)基體時發現，當加入量為3.11wt％，達到最大拉伸強度316.9MPa，是純PVA的的1.9倍，隨著加入量的進一步增加，機械性能開始下降。導致此結果的原因是黑磷烯納米片出現了團聚現象。

因此，如何解決黑磷烯在空氣中易氧化以及黑磷烯作為二維填料增強基體時易出現團聚的現象成為了本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種改性黑磷烯及其制備方法與應用，有效解決了黑磷烯在空氣中易氧化以及黑磷烯作為二維填料增強基體時易出現團聚的現象等技術問題。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供了一種改性黑磷烯的制備方法，包括以下步驟：

S1、將黑磷晶體制備成BP-水溶液，再將BP-水溶液制備成黑磷烯；

S2、將步驟S1得到的黑磷烯分散在反應溶劑中得到黑磷烯分散液，再向黑磷烯分散液中加入聚疊氮化合物得到黑磷烯混合液；

S3、將步驟S2得到的黑磷烯混合液進行熱處理，生成改性黑磷烯；

以上步驟均在保護氣體下進行。

所述步驟S1中，BP-水溶液的濃度為1～10mg/mL。

所述步驟S2中，黑磷烯與反應溶劑的溶度比為1～5mg/mL，黑磷烯與聚疊氮化合物的質量比為1:50～70；

所述反應溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮、聚乙二醇中的一種或幾種。

所述步驟S2中，所述聚疊氮化合物為聚疊氮縮水甘油醚、聚3-疊氮甲基-3,甲基氧雜環丁烷、聚3,3-雙疊氮甲基氧雜環丁烷、3,3-雙疊氮甲基環氧丁烷-四氫呋喃共聚醚中的一種或幾種。

所述步驟S2中，加入聚疊氮化合物后進行攪拌，得到黑磷烯混合液；所述攪拌速度為100～1500rpm，攪拌時間為1～5h。

所述的保護氣體為氮氣、氬氣、氦氣、氖氣和二氧化碳中的一種。