[发明专利]一种石墨炔纳米薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨炔纳米薄膜及其制备方法，属于纳米材料及其制备领域。

背景技术

近千年来，石墨和金刚石是人们所认知的两种碳的同素异形体，如今已被广泛用于现实生活中。1990年，Huffman发现了富勒烯(C₆₀)的存在(W.D.R.Huffman.Nature，1990，347-354)，2004年盖姆等人用机械剥离的方法制备出了石墨烯(K.S.Novoselov，A.K.Geim，S.V.Morozov，D.Jiang，Y.Zhang，S.V.Dubonos，I.V.Grigorieva，A.A.Firsov，Science，2004，306，666-669)，让人们对碳的同素异形体的认识更加深了一步，同时也激起了科研工作者们对新型碳的同素异形体的研究兴趣。随着合成化学的飞速发展，科学家们提出了众多新型的富碳分子，尝试合成新的碳的同素异形体，其中石墨炔(graphdiyne)(如图1所示)具有新颖的结构，科学家们预测其为非天然碳的同素异形体中最稳定的，同时也是最有可能通过化学方法合成的碳的同素异形体(A.T.Balaban，C.C.Rentia and E.Ciupitu，Rev.Roum.Chim.，1968，13，231-247.)。自从石墨炔被提出后，科研人员对其单体和寡聚物的合成进行了大量的研究(Q.Zhou，P.J.Carroll and T.M.Swager，J.Org.Chem.，1994，59，1294-1301.M.M.Haley，M.L.Bell，J.J.English，C.A.Johnson and T.J.R.Weakley，J.Am.Chem.Soc.，1997，119，2956-2957.W.B.Wan and M.M.Haley，J.Org.Chem.，2001，66，3893-3901.W.B.Wan，S.C.Brand，J.J.Pak and M.M.Haley，Chem.Eur.J.，2000，6，2044-2052.A.Marsden and M.M.Haley，J.Org.Chem.，2005，70，10213-10226.)，最近，大面积石墨炔薄膜成功地被合成了(G.X.Li，Y.L.Li，H.B.Liu，Y.B.Guo，Y.J.Li and D.B.Zhu，Chem.Commun.2010，46，3256-3258)。石墨炔薄膜展现出良好的半导体特性。减小石墨炔薄膜的尺寸至纳米级可以有效地降低缺陷从而进一步提高其导电率等物理性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨炔纳米薄膜及其制备方法。

本发明提供的石墨炔纳米薄膜的制备方法，包括如下步骤：将盛放有石墨炔粉末的容器和表面生长有氧化锌纳米棒阵列的基底置于管式反应器中，所述容器和基底之间设有间距，将所述管式反应器加热至570℃-630℃，并向所述管式反应器中通入氩气进行反应即得所述石墨炔纳米薄膜。

上述的制备方法中，所述管式反应器的温度可为570℃或630℃。

上述的制备方法中，所述容器和所述基底之间的间距可为7cm-9cm，如7cm或9cm。

上述的制备方法中，所述氧化锌纳米棒的长度为1μm-2μm，如1.7μm或2μm；所述氧化锌纳米棒的直径为86μm-200μm，如132nm或200nm。

上述的制备方法中，所述基底可为硅片基底、石英基底或陶瓷基底。

上述的制备方法中，所述管式反应器可为石英管反应器。

上述的制备方法中，所述容器的材质可为陶瓷或石英，所述容器具体可为瓷舟或石英舟。

上述的制备方法中，所述石墨炔粉末是由石墨炔薄膜通过机械超声制备得到的，粒径大约为200nm-1μm。

上述的制备方法中，所述氩气的流速可为40sccm-60sccm，如40sccm或60sccm；所述反应的时间可为30分钟；所述反应结束后，所述管式反应器在氩气的氛围下冷却至室温。

上述的制备方法中，所述反应还包括在加热所述管式反应器前，向所述管式反应器中通入氩气的步骤，以排除所述管式反应器内的氧气。

本发明的上述方法制备的石墨炔纳米薄膜的直径为2μm-10μm，如2μm或10μm，所述石墨炔薄膜的厚度为5.0nm-13nm，具体可为5.8nm或10nm。