[发明专利]一种铋烯纳米片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铋烯纳米片的制备方法，包括：(1)将铋粉分散在有机溶剂中，得到分散液；(2)先对所述分散液进行第一次水浴超声，得到第一超声液；将所述第一超声液置于密闭容器中，在温度为140‑200℃下加热反应12‑24小时；反应完毕后，冷却至室温，对所得反应液进行第二次水浴超声，得到第二超声液；(3)对所述第二超声液在2000‑4000rpm下进行超低速离心，收集上清液，然后对所述上清液在5000‑7000rpm下进行低速离心，收集沉淀，所得沉淀即为铋烯纳米片。该方法工艺简单易操作、重现性好，易制得尺寸可控的单分散性好的铋烯纳米片。本发明还提供了制得的铋烯纳米片。

技术领域

本发明涉及二维材料领域，特别是涉及一种铋烯纳米片及其制备方法。

背景技术

二维材料，是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料，如纳米薄膜。英国曼彻斯特大学两位科学家安德烈·盖姆和克斯特亚·诺沃消洛夫在2004年以胶带法第一次制得石墨烯。此后黑磷(磷烯)、硅烯、锗烯、锑烯、氮化硼、二硫化钼等一系列只有单原子层厚度的准二维材料相继被发现。

铋烯(Bismuthene)是一种由块体金属铋剥离而来的二维材料，具有类似石墨烯的结构。但铋烯为具0.306eV能隙的直接带隙半导体(导带底部和价带顶部在同一位置)，可与光直接耦合，吸收光谱范围较广。此外，由于铋元素的生物相容性强，生物毒性小，故铋烯在光学、电学、生物医药学等方面有着广阔的应用潜力。而二维铋烯片层结构在生物载药、光热、光动力治疗等领域是一种潜在的生物医学基底材料。

目前，通过机械剥离法(如透明胶带撕分法)、化学气相沉积法等技术来制备片层铋烯材料。但是，机械剥离法制备的片状铋烯材料的产率较低，不适合商业化生产，且操作繁琐、耗时长；而化学气相沉积法制备的铋烯的量较少，且不易重复。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种铋烯纳米片及其制备方法，该制备方法通过将探针超声和水浴超声相结合，通过协同作用以实现对铋粉的剥离，获得单分散性好、尺寸均一的铋烯纳米片。该方法的工艺简单易操作，重现性好、铋烯纳米片的产量或产率较高，易实现低成本产业化生产。

第一方面，本发明提供了一种铋烯纳米片的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铋粉分散在有机溶剂中，得到分散液；其中，铋粉在分散液的浓度为0.5-10mg/mL；

(2)先对所述分散液进行第一次水浴超声，得到第一超声液；所述第一次水浴超声的功率为400-600W，时间为1-6小时；

将所述第一超声液置于密闭容器中，在温度为140-200℃下加热反应12-24小时；

反应完毕后，冷却至室温，对所得反应液进行第二次水浴超声，得到第二超声液；其中，所述第二次水浴超声的功率为400-600W；

(3)对所述第二超声液在2000-4000rpm下进行超低速离心，收集上清液，然后对所述上清液在5000-7000rpm下进行低速离心，收集沉淀，所得沉淀即为铋烯纳米片。

可选地，所述有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、四氢呋喃、无水乙醇、甲醇、异丙醇、三氯甲烷和二氯甲烷中的一种或多种，但不限于此。所用有机溶剂的表面能与二维层状铋烯材料的表面能相匹配，二者之间存在一定的相互作用平衡了剥离铋粉所需要的能量。

可选地，所述铋粉的粒径不超过75μm。例如55-70μm、1-50μm、2-45μm或1-4μm。进一步可选地，所述铋粉的粒径不超过50μm。

本发明实施例中，所述第一次水浴超声的功率可以为400W、450W、500W、550W、580W或600W。可选地，所述第一次水浴超声的功率为420-600W。