[发明专利]一种通过前驱体的酸化剥离氧化来合成超薄Se纳米片的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种超薄Se纳米片的合成方法及应用，属于纳米材料合成技术领域。

背景技术

德国《先进材料》(Advanced Materials，2005年，17卷，2799–2802页)报道了在三元混合溶剂中(水合肼：二乙烯三胺：水＝5:14:16)溶解ZnSO₄·7H₂O和Na₂SeO₃，转移到高压反应釜中，通过水热法180℃温度下反应12h来合成[ZnSe](DETA)_0.5二维纳米带。这种方法得到的[ZnSe](DETA)_0.5纳米带形貌均一，内部具有多层状结构，有良好的紫外可见光吸收和荧光性能。

《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition,2012年，51卷，3211–3215页)的报道修饰了合成方法，把ZnSO₄·7H₂O换成Zn(OAC)₂·2H₂O，并且加大投量，在150℃温度下水热反应12h，合成了ZnSe-DETA(ZnSe-DETA是[ZnSe](DETA)_0.5的别称，两者化学组成相同)纳米片。得到的纳米片比原来的纳米带较宽较长，长度有微米级，宽度有几百个纳米，而且产量比原来的高。

《自然·通讯》(Nature communication，2012年，3卷，1057页)报道了采用超声法剥离得到单层原子厚度ZnSe片。获得到的单层原子厚度ZnSe片具有良好的光电性能，在光解水方面有强大的应用前景。用于剥离的前驱体也是ZnSe-Amine有机-无机层状结构杂化物，2007年《美国化学会杂志》(Journal of the American Chemical Society，2007年，127卷，3157-3162页)报道了该杂化物的合成方法。

Se在纳米材料合成技术领域是非常好的模板材料。《先进材料》(Advanced Materials，2002年，14卷，1749页)报道了Se单质纳米颗粒的合成和晶化成纳米线的方法。《材料化学杂志》(Journal of Materials Chemistry，2006年，16卷，3893–3897页)总结了以Se单质纳米材料为模板的硒化物纳米材料合成技术。

硒化物二维纳米材料在半导体、催化等领域有着广泛的应用，而Se单质是硒化物纳米材料合成的一个良好模板的材料。另外，Se本身可以用作光敏材料、电解锰行业催化剂等领域。因此，Se二维纳米材料的合成有着极其重要的意义。由于Se单质自身的晶体结构特点，很难长成Se超薄二维纳米结构。至今，还没有见过成功化学合成出超薄Se纳米片材料的相关报道。

发明内容

本发明的一个目的提供一种以ZnSe-Amine有机-无机杂化纳米片为前驱体合成超薄Se纳米片的方法，以解决上述现有技术所存在的不足之处。

本发明另一目的是提供这种超薄Se纳米片作为模板材料的应用。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明通过前驱体的酸化剥离氧化来合成超薄Se纳米片的方法，其特点在于：以ZnSe-Amine有机-无机杂化纳米片为前驱体；在水中加入酸，调节水pH在0.1到2的范围内，然后加入前驱体，常温下连续磁力搅拌或超声0.5-2h，使前驱体酸化剥离氧化，溶液的颜色由白色变黄色最后发红，静置或离心分离得沉淀，所得沉淀用水洗涤，即得超薄Se纳米片；所述前驱体的摩尔量与所述水的体积比为1.0～2.5mmol/L。反应示意图如图1所示。

所述ZnSe-Amine有机-无机杂化纳米片为ZnSe-DETA有机-无机杂化纳米片，其中DETA为二乙烯三胺。

所述水为去离子水。

所述酸为盐酸、醋酸或巯基乙酸。

本发明通过调节水的pH，可以调节前驱体剥离氧化的速度，以获得不同多孔程度的超薄Se纳米片产物；通过调整磁力搅拌或超声的时间，可以获得不同Zn含量的超薄Se纳米片产物。因为反应可以分为两个阶段：以ZnSe-DETA有机-无机杂化纳米片做前驱体为例，第一阶段如式(1)所示，是前驱体的酸化剥离阶段，剥离为ZnSe和DETA，其中DETA的结构式如式(2)所示，；第二阶段如式(3)所示，是前驱体酸化剥离后所得ZnSe的氧化阶段，经第二阶段获得超薄Se纳米片。