[发明专利]一种二维材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本申请涉及二维材料领域，特别是涉及一种二维材料及其制备方法和应用。

背景技术

伴随着科学技术的飞速发展，探索新材料一直是人们孜孜不倦的追求。作为一类新型功能材料，单层二维材料由于比表面积大、密度低、光电磁性质独特等优势，近十年来逐渐成为科学研宄的热点。其中，于本世纪初崭露头角的石墨稀，因其独特的几何结构、电子结构、磁学性质等，在军事、航空航天、微电子工业、信息产业等领域受到越来越广泛的关注，展现出广阔的应用前景。如今，越来越多的单层二维材料，如硅烯、多孔石墨烯、硼氮杂化多孔石墨稀等，逐渐走进了人们的视线。

近年来，已经有许多类石墨烯结构的二维材料被合成出来，如过渡金属硫属化物、过渡金属氧化物等等。至今，人们仍然不断尝试用各种物理和化学方法丰富着二维材料体系。

现有的合成二维材料的方法有很多，包括机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法、液相超声剥离法等。这几种制备方法都是从体相层状材料上剥离得到二维材料。除此之外，通过传统的“自下而上”的化学合成法也可以直接制备二维纳米片。这种方法的最大优点是所合成的二维材料不受层状结构的限制，对于非层状结构和准层状结构的化合物也适用。自组装合成法是指无序的基本结构单元，如分子、原子、离子、基团等，通过较弱的相互作用，包括范德华力、氧键、共辄键等，自发的组织或者聚集形成一个稳定的、具有一定规则几何外形的有序结构。这种方法长期以来被广泛用于合成各种多级结构的材料。取向连接合成法与自组装合成法略有不同，在该方法中，暴露特定晶面的基本结构单元，在外界条件的作用下，如络合剂调控作用或者偏应力诱导作用等，在平面内有取向地相互连接成二维材料，而且保持最终材料的某些晶面能够统一暴露出来。这种方法同样不局限于材料的结构特征，目前已经成功应用于合成多种非层状二维纳米片。

虽然目前已有大量的二维材料制备方法，但是，各方法都是特别针对特定的材料或晶体结构的，换一种材料或对象，则很难制备出效果良好的二维材料。并且，如物理或者化学办法剥离层状材料所制备的二维材料，其厚度不均匀且不可控，无法达到理想的二维结构。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的二维材料及其制备方法和应用。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种二维材料，该二维材料以磷酸盐水合物分子为结构单元，通过磷酸盐水合物的化学键和氢键，将磷酸盐水合物分子连接成片，形成二维结构的结晶材料，即二维材料。

需要说明的是，本申请的二维材料，实际上就是利用有机溶剂分子与磷酸盐水合物的水分子连接，将磷酸盐水合物分子定位到指定的界面，然后实现磷酸盐水合物分子之间的化学键和氢键连接，从而获得二维材料。本申请的一种实现方式中，该指定界面即去离子水、有机溶剂和晶体表面的三相界面，在该界面将磷酸盐水合物分子连接成二维的片状结构。

优选的，磷酸盐水合物分子为Fe₃(PO₄)₂·8H₂O、Mn₃(PO₄)₂·₃H₂O、Co₃(PO₄)₂·8H₂O和Ni₃(PO₄)₂·8H₂O中的至少一种。

需要说明的是，本申请的二维材料，可以单材质的Fe₃(PO₄)₂·8H₂O或Mn₃(PO₄)₂·₃H2O或Co₃(PO₄)₂·8H₂O或Ni₃(PO₄)₂·8H₂O形成的二维材料，也可以是四种材料中的任意两种、三种或四种混合形成的二维材料，这种混合可以是均匀分散形成的二维材料，也可以是不均匀的，间杂排列形成的二维材料，组合形式可以根据具体的使用需求而定，在此不做具体限定。

本申请的另一面公开了本申请的二维材料在电池正极材料、光解水制氢或磁性材料中的应用。