[发明专利]一种黑磷-金属纳米复合材料及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种黑磷‑金属纳米复合材料的合成方法，包括以下步骤：(1)取黑磷BP晶体分散于N‑甲基吡咯烷酮中，然后进行破碎处理，得破碎液；(2)将破碎液进行超声处理，离心，取沉淀，将沉淀重悬于N‑甲基吡咯烷酮中，再次离心，收集上清，得BP纳米片悬液；(3)将BP纳米片悬液加入煮沸的水中，接着加入氯金酸溶液或硝酸银溶液继续沸腾反应，反应结束后冷却，离心，收集沉淀，得黑磷‑金属纳米复合材料。该方法利用BP本身的还原性将吸附在BP表面的金属离子还原成元素金属，生成黑磷‑金属纳米复合物，简便、易操作，制成的黑磷‑金属纳米复合材料可以在光热效应方面应用以及作为活性基底在表面增强拉曼散射SERS中的应用。

技术领域

本发明属于黑磷技术领域，具体涉及一种黑磷-金属纳米复合材料及其合成方法和应用。

背景技术

黑磷(BP，Black Phosphorus)二维纳米材料是近一两年发现的新型片状材料。作为二维材料家族的新成员，BP具有直接、可调的带隙，有望成为可取代石墨烯的下一代二维纳米材料，运用在光电子学、纳米电子学、光催化、生物传感器、可循环电池及生物成像等众多领域中。比如：Woomer等测量出了双层BP片的带隙可达1.88±0.24eV，远高于其他二维材料，可作为一种理想的光电子材料(ACS Nano,2015,9,8869)；在生物医学领域，BP被发现具有很好的光致发光性质、近红外光热吸收特性和光动力治疗潜质，有望成为良好的纳米试剂用于肿瘤的治疗(Small 2016,12,214；J.Am.Chem.Soc. 2015,137,11376；Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,11526)。

BP纳米片的制备也很方便，与石墨烯一样，是目前仅有的两种可通过机械剥离而稳定存在的二维材料之一。目前常用的方法是采用超声辅助液相剥离法从黑磷晶体中分离出单层和少数几层的BP纳米片(ACS Nano 2014,8,4033)。BP也适合与金属(金属氧化物)复合，构建出BP-金属纳米复合物。Lee等合成了稳定的BP和二氧化钛 (BP-TiO2)纳米复合材料，表现出了很好的在UV-Vis区域的光催化活性和广谱抗菌活性，成功实现了对染料的高效光催化降解和对革兰氏阳性和阴性细菌的杀伤；并且与其单一组分(BP或TiO₂)相比，BP-TiO₂的这种光催化能力和抗菌活性要高出很多(Sci Rep 2015,5,8691)。这一结果表明，在复合结构中金属组分能够显著地增强BP纳米片的物理化学特性，表现出更强的应用潜能。

现有的关于黑磷的专利主要是针对单层或少数几层黑磷纳米片或黑磷量子点的制备方法，如CN201510553085.0、CN201510968976.2、CN201510379948.7、CN201610063652.9、等等，所涉及的技术均是在液相机械剥离的方法上进行的改良。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种黑磷-金属纳米复合材料的合成方法，该合成方法首次发现黑磷(BP)纳米片具有很好的化学还原性，在此基础上，利用BP本身的还原性将吸附在BP表面的金属离子还原成元素金属，生成黑磷-金属(BP-Metal)纳米复合物，该方法简洁，无需额外的还原剂可获得黑磷-金属纳米复合材料即BP-Metal纳米复合材料。

本发明的第二个目的在于提供利用上述黑磷-金属纳米复合材料的合成方法获得的黑磷-金属纳米复合材料。

本发明的第三个目的在于提供上述黑磷-金属纳米复合材料作为活性基底在表面增强拉曼散射SERS中的应用。

本发明的第一个目的是通过如下技术方案来实现的：一种黑磷-金属纳米复合材料的合成方法，包括以下步骤：

(1)取黑磷BP晶体分散于N-甲基吡咯烷酮NMP中，将分散有黑磷BP晶体的N-甲基吡咯烷酮NMP溶液进行破碎处理，得破碎液；

(2)将破碎液进行超声处理，离心，取沉淀，将沉淀重悬于N-甲基吡咯烷酮NMP 中，再次离心，收集上清，得黑磷BP纳米片悬液；