[发明专利]一种石墨烯-六方氮化硼异质结构材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑六方氮化硼异质结构材料的制备方法。包括以下步骤：将有机小分子溶于溶剂A得到澄清透明溶液；加入鳞片石墨粉末，搅拌反应收集上悬液，过滤干燥，得到少层石墨烯；得到澄清透明溶液；加入六方氮化硼粉末，搅拌反应收集上悬液，过滤干燥，得到少层六方氮化硼纳米片；将上述少层石墨烯和少层六方氮化硼纳米片分散于溶剂B中得到混合溶液；将所得混合溶液超声处理，再搅拌，离心，弃去上层液，得到石墨烯‑六方氮化硼异质结构材料。本发明采用的一种新型化学液相剥离法制备了graphene和h‑BN纳米片，这种简单、有效的制备新方法目前未有报道，进而为类石墨烯二维材料的大规模制备提供了新的研究思路和技术方案。

技术领域

本发明涉及二维纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种石墨烯-六方氮化硼异质结构材料的制备方法。

背景技术

石墨烯(graphene)作为二维材料的典型代表一直是近年来的研究热点，备受研究者青睐，其具有特殊的狄拉克电子性质、高的载流子迁移速率，优异的导热和机械性能，已得到了科学界青睐。然而，石墨烯是零带隙材料，其导带和价带交叉点正处在狄拉克点。因此，要实现石墨烯在电子设备中的应用所面临的首要问题便是带隙的缺乏。为了解决这一问题，研究者提出了许多可以打开石墨烯带隙的方法，其中包括石墨烯纳米带、纳米网的制备和石墨烯的化学改性。但是物理蚀刻或化学反应将不可避免地在石墨烯的边缘或周围引入杂质，并显著降低石墨烯载流子迁移速率。

六方氮化硼(hexagonalBoronNitride，h-BN)因为具有类似石墨烯的层状晶体结构也被称为“白色石墨烯”或者“石墨氮化硼”，由相等数目的B原子和N原子以sp²杂化的方式形成蜂巢状晶格，晶格常数为0.25nm，带隙为5.9eV。h-BN的多层结构中层与层之间存在着微弱的范德瓦尔斯力，且堆垛方式为AB排列。h-BN突出的强化学与热稳定性使得其不同于石墨烯结构能应用在更为苛刻的环境里，其大带隙的特点也可以应用在电子器件等方面。因此h-BN在复合材料、储能材料和自旋电子学等方面具有潜在的应用价值以及广阔的前景。

由于h-BN与graphene具有匹配的晶格常数，研究者发现由单层graphene与单层h-BN组成的异质纳米结构可以调控graphene的电子结构，使得零带隙转化为小带隙。这种异质结构也被称作“范德瓦尔斯异质结构(vandeWaalsheterostructure)”，而近年来的研究也不断揭示出异质结构不寻常的特性和新现象。有关研究人员通过化学气相沉积法制备的graphene与h-BN异质薄膜测得其载流子迁移速率(140000cm²V^-1s^-1)相比单一Graphene膜(40000cm²V^-1s^-1)提高了3.5倍，并且将其应用于电化学传感器方面(Small,2013,9(8):1373-1378.)。与此同时，研究者们进一步挖掘出graphene与h-BN异质结构材料更为奇特的性能和应用，Leven等人证实了graphene与h-BN异质双层结构具有强润滑性，因此具有极大的应用于固体润滑作用的潜在价值(The Journal ofPhysical ChemistryLetters,2013,4(1):115-120.)。Kumar等人发现BN–Graphene异质复合材料是一个很好的电极催化剂并可应用于燃料电池中(AdvancedFunctional Materials,2015,25(37):5910–5917.)。由此可见，将石墨烯与其它二维材料(如h-BN)结合形成异质结构势必将像“滚雪球”一样极大扩展这个领域的研究，吸引越来越多研究者投入这个领域，同时将远远超越单一石墨烯或六方氮化硼的研究范围。