[发明专利]一种电场与微波场协同辅助剥离黑磷制备纳米黑磷的方法

说明书

本发明涉及一种电场与微波场协同辅助剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明将黑磷用导电胶固定在金属棒上作为工作电极，工作电极为阳极或阴极；以铂片为对电极，将工作电极和对电极平行竖直放置于电解液中，工作电极和对电极的距离为2~5cm，在电压2~20V条件下，对黑磷进行0.5~2h的离子插层得到插层黑磷分散液A；在微波功率为100~800W、惰性气体氛围下，将插层黑磷分散液A进行微波剥离处理1~10min得到黑磷分散液B，离心分离得到纳米黑磷。

技术领域

本发明涉及一种电场与微波场协同辅助剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

黑磷是最近几年发展起来的一种新型二维层状材料，类似于石墨，单个原子层间通过范德华力相互作用堆叠在一起。因此，层状的黑磷可在外力作用下被剥离为纳米黑磷（黑磷烯或黑磷量子点）。研究表明纳米化的黑磷在储能、场效应晶体管、太阳能电池、气体传感器、生物医药等领域具有很好的应用前景。然而，目前制约纳米黑磷应用的主要因素是不能同时满足纳米黑磷快速、高效、高质量、高浓度、大规模地制备。目前剥离黑磷制备纳米黑磷的方法主要有机械剥离、气相沉积以及液相插层剥离（超声剥离、剪切剥离、电化学剥离、微波辅助剥离）。机械剥离法产率低，适合实验室研究；气相沉积法设备以及过程复杂，条件要求苛刻；超声液相剥离或剪切剥离液体插层较慢，所需时间较长，并且长时间的剥离会破坏黑磷的晶体结构；电化学剥离虽然可在短时间内实现离子的插层，导致黑磷的剥落，但是仅仅通过电化学剥离得到的纳米黑磷层数较厚，还需进一步的超声处理；单一的微波剥离虽然在短时间内可得到片层较薄、质量较好的纳米黑磷，但是短时间的微波过程液体插层较慢，因此得到的纳米黑磷浓度较低。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种电场与微波场协同辅助剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，本发明方法采用电化学的方法对黑磷进行快速且有效的插层，随后引入微波场，在微波作用下得到高质量的纳米黑磷。

一种电场与微波场协同辅助剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，具体步骤为：

（1）将黑磷用导电胶固定在金属棒上作为工作电极，工作电极为阳极或阴极；以铂片为对电极，将工作电极和对电极平行竖直放置于电解液中，工作电极和对电极的距离为2~5cm，在电压2~20V条件下，对黑磷进行0.5~2h的离子插层得到插层黑磷分散液A；

（2）在微波功率为100~800W、惰性气体氛围下，将步骤（1）所得插层黑磷分散液A进行微波剥离处理1~10min得到黑磷分散液B，离心分离得到纳米黑磷；

所述步骤（1）工作电极为阳极时，电解液为含有硫酸、硫酸盐、磺酸盐、表面活性剂、硝酸盐、氯离子、磷酸根、高氯酸根、钨酸根或四氟硼酸根的水溶液；

所述步骤（1）工作电极为阴极时，电解液为高氯酸锂/聚碳酸酯（LiClO4/Polycarbonate）、氯化钠/二甲基亚砜（NaCl/Dimethyl sulfoxide）、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓双（三氟甲磺酰）亚胺盐（1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide）或硫酸铵/氢氧化钾（(NH4)₂SO₄/KOH）；

所述步骤（1）纳米黑磷为黑磷烯或黑磷量子点；

所述步骤（2）惰性气体为氩气和/或氮气；

所述步骤（2）离心分离的转速为3000~10000rmp/min，离心分离时间为10~30min。

本发明的有益效果：

（1）本发明方法采用电化学插层与微波剥离相结合，可快速制备片层薄、尺寸大、浓度高的纳米黑磷；

（2）本发明方法具有操作简单、耗时短、效率高、可规模化生产