[發明專利]普魯士藍功能化黑磷量子點雜化材料的高效合成方法

在審

• 申請號: 202210203690.5
• 申請日: 2022-03-03
• 公開（公告）號: CN114410294A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 夏曉紅;趙改云;閆琦;王彪;王寧桂;巴吾熱江·多力洪
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: C09K11/02
• 分類號: C09K11/02;C09K11/60;C01B25/02;B82Y20/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安合創非凡知識產權代理事務所(普通合伙) 61248
• 代理人: 楊蕾

本發明涉及納米材料制備的領域，具體涉及一種普魯士藍功能化的黑磷量子點雜化材料的高效合成方法，該高效合成方法通過液相剝離的方法制備得到BP納米材料，然后將制備所得BP納米材料與普魯士藍前驅體在有機體系中反應制備得到性能互補的雜化納米結構，保持甚至提升材料光電性能的同時提升材料的穩定性。本發明利用黑磷豐富的孤電子與氰基間的相互作用力將黑磷量子點負載在普魯士藍多孔網狀結構上，既可以增大材料的比表面積及電荷傳遞通道，又可以增強黑磷的環境穩定性，使其具有更強的催化活性及穩定性。該方法操作簡單，反應條件溫和，能夠實現黑磷基雜化材料大范圍，高效的制備。

技術領域

本發明涉及納米材料制備的領域，具體涉及一種普魯士藍功能化的黑磷量子點雜化材料的高效合成方法。

背景技術

黑磷(BP)作為二維材料中的后起之秀，由于其優良載流子遷移率以及可調控直接帶隙電而被廣泛研究。BP同時具備石墨烯高電荷載流子遷移率和過渡金屬硫族化合物可調控直接帶隙的優勢，使其成為在電子，光電，生物醫藥電池和催化等領域不可缺少的通用二維材料。由于BP納米結構對濕度特別敏感，其表面的磷原子層極易轉化為磷氧化物的雜化結構而不能穩定存在。因而，探究高效穩定的BP基復合材料的合成方法具有重大的意義。目前提升BP穩定性的方法主要涉及雜化，功能化等。功能化，雜化將不同種類的材料在納米級或原子級、分子級尺寸上結合，產生具有新結構、新性質的復合材料，在增強材料穩定性的同時優化其性能，是一種極具潛力的材料設計方法。常用的材料雜化手段涉及以下幾種：

(1)BP與金屬離子的光催化還原雜化法，利用BP可調控直接帶隙在光照條件下產生光生電子，將金屬離子還原實現BP與黑磷間的雜化，增強BP材料的環境穩定性。盡管這種方法可以得到分散均勻，穩定性提升的BP復合材料，但由于部分金屬離子存在可見光吸收或對BP產生光腐蝕作用，使得適用該方法與BP雜化來提升材料穩定性的金屬離子種類非常有限，不利于BP應用范圍的拓展。

(2)通過化學氣相沉積法以及熱蒸發轉移雜化法可實現BP與碳材料間的雜化，在BP制備過程中引入雜化材料，利用BP制備所需高溫條件下分子，離子，原子的快速遷移實現材料雜化。雖然這種方法可制備雜化程度相對較高，設計靈活的BP基雜化材料，操作步驟也較為簡便，但是也存在著反應條件苛刻，反應溫度高、條件不溫和，合成的BP材料純度較低等缺點；

(3)其他方法，如通過濺射法將金屬離子摻雜到BP中改變材料的閾值電壓及半導體類型，通過礦化劑協助氣相轉移法制備BP/Se場效應晶體管等。

上述方法涉及到的材料制備技術，反應條件對實驗設備以及操作技術要求相對較高，制備所得產品不易分離收集，產量較低，不利于大規模生產。因此，需要提供一種反應條件溫和、制備過程簡單、易于實現的普適性技術，實現確保BP本征光電性能的基礎上實現材料穩定性提升，使BP納米材料優良的光電性能在更廣的應用領域得以充分發揮。

發明內容

為解決BP環境穩定性差，現有合成方法反應條件苛刻、制備過程繁瑣、制備分離相對困難等問題。本發明提供了一種普魯士藍功能化的黑磷量子點雜化材料的高效合成方法，能夠通過調控溶劑體系制備多孔普魯士藍骨架為黑磷量子點的負載提供更多的氰基結合位點，實現溫和條件下BP雜化材料的制備，降低雜化對實驗設備及實驗條件的要求。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種普魯士藍功能化的黑磷量子點雜化材料的高效合成方法，通過液相剝離的方法制備得到BP納米材料，然后將制備所得BP納米材料與普魯士藍前驅體在有機體系中反應制備得到性能互補的雜化納米結構，保持甚至提升材料光電性能的同時提升材料的穩定性，包括以下步驟：

S1、取15mg塊狀黑磷于瑪瑙研缽中，加9mL除氧有機溶劑，在手套箱中研磨5min后，將其轉移至玻璃瓶中，在冰浴協助下，功率100W超聲處理7h，得到BP納米材料的分散液；

S2、將所得的BP納米材料的分散液置于離心機內，轉速1000rpm，離心15min后，取上層BP納米材料分散液，備用；