[发明专利]一类富含sp碳及Ⅲ、Ⅴ主族三价杂原子的二维富碳材料制备方法及其应用

权利要求书

1.一类富含sp杂化碳（碳碳叁键）及砷、磷、氮、铝、镓等Ⅲ、Ⅴ主族三价杂原子的二维富碳材料的制备方法，包括如下步骤：以含有炔基和Ⅲ、Ⅴ主族三价杂原子基本单元的单体为聚合前体，在甲苯，吡啶，四氢呋喃及催化量的四甲基乙二胺（TMEDA）的混合溶液中，通过端炔偶联反应制备高度共轭的富碳二维材料薄膜并具有以下特征：材料为具有机械强度的二维材料，其结构中存在炔键、砷、磷、氮、铝、镓等Ⅲ、Ⅴ主族三价杂原子及六元芳环，所构成的平面二维结构具有三角形及六边形两种分子孔道，孔径为分别为0.3-1.0 nm及0.7-2.2nm且材料禁带宽度为0.3-2.9 eV，电导率为1.03×10^-3-1.16×10^-1 S m^-1。

2.按权利要求1所述的富碳二维材料，其特征在于：所述材料是由含有sp杂化碳（炔键）、砷、磷、氮、铝、镓等Ⅲ、Ⅴ主族三价杂原子的基团的基本单元构成，并可以含有sp²碳（苯环），sp³碳（烷烃）为结构修饰单元，其中，由炔键与杂原子相连的单元构成均匀分布的分子孔径，并与苯环、含氮杂环、苯并噻二唑等其它结构修饰单元组成高度共轭的二维平面骨架结构，材料中含有定量的并均匀分布的sp碳及杂原子砷、磷、氮、铝、镓、硼。

3.按权利要求1或2所述的富碳二维材料，其特征在于：以含有炔基和砷、磷、氮、铝、镓等Ⅲ、Ⅴ主族三价杂原子的小分子结构单元的材料为聚合前体，在甲苯/四氢呋喃溶液中进行炔烃的偶联反应。

4.按权利要求1-3任一所述的含sp碳及砷、磷、氮、铝、镓等Ⅲ、Ⅴ主族三价杂原子的富碳二维材料，其特征在于：所用的反应溶剂为甲苯、吡啶、四氢呋喃为主的混合溶剂，以及正己烷、丙酮、乙酸乙酯等辅助溶剂。

5.按权利要求1-4任一所述的含sp碳及杂原子砷富碳二维材料，其特征在于：所述的单体与催化剂基底的面积比例关系为0.001-10 mg/cm²；单体与所述的混合溶剂的体积关系为0.003-3 mg/mL；反应温度为25-110 ^oC；反应时间为1-12天。

6.按权利要求1-5任一所述的含sp碳及砷、磷、氮、铝、镓等Ⅲ、Ⅴ主族三价杂原子富碳二维材料，其特征在于：所述材料宏观表现形式为超薄柔性薄膜，具有二维晶体结构、良好的机械性能和一定的自支撑能力。

7.按权利要求1-6任一所述的含sp碳及砷、磷、氮、铝、镓等Ⅲ、Ⅴ主族三价杂原子富碳二维材料，其特征在于：材料可直接用于、或将其粉碎或其他形式用于能源器件、光电转化器件、催化、材料、以及其它半导体等领域。

8.按权利要求7所述的含sp碳及砷、磷、氮、铝、镓等Ⅲ、Ⅴ主族三价杂原子富碳二维材料的应用，其特征在于：所述储能器件为金属离子电池或超级电容器，其中，材料可直接使用、将其粉碎或其他形式使用。

9.按权利要求8所述的金属离子电池及电容器，其特征在于：所述的金属选自锂、钠、钾、镁、钙、锌、镉、镍、钴中的一种。