[发明专利]一种用于电化学剥离二维纳米材料的电解液

说明书

本发明是一种含有多种成分的电解液，该电解液用于通过电化学剥离作用制备石墨烯及类石墨烯二维纳米材料。该电解液以去离子水与乙醇的混合液为溶剂，含有多种电解质，在电化学反应的作用下，层状结构材料如石墨组成的电极在该电解液中可以被快速、高效的剥离成二维纳米材料。该电解液具有绿色环保、成本低、效率高等优点，适用于作为剥离二维纳米材料的电解液。

技术领域

本发明涉及石墨烯以及类石墨烯二维材料的制备领域，具体说是一种能够在电化学反应作用下制备二维纳米材料的一种电解液。

背景技术

理想的石墨烯是二维的单原子层石墨，具有很高的比表面积，优良的化学、热稳定性，良好的导电性能和导热性能，优异的机械性能等性质，自英国曼彻斯特大学的Geim研究组于2004年通过微机械剥离的方法合成石墨烯以来，引发了人们对石墨烯及其复合材料的研究热潮，使得石墨烯在催化、电子、能源、生物医药、材料等领域具有重大的应用前景，同时，类石墨烯二维纳米材料，如二硫化钼纳米薄片、黑磷纳米薄片，具有良好的催化析氢活性和储锂性能，在催化以及能源存储领域中具有潜在的应用价值。

石墨烯或者类石墨烯二维材料可以通过多种方法制备，可以主要分为物理法和化学法，其中物理法可以分为微机械剥离、液相/气相直接剥离等方法，化学法可以分为化学气相沉积(CVD)、氧化还原法等方法、电化学剥离法等方法。CVD方法是通过高温下气相反应而沉积在固体薄膜基底上石墨烯的方法，该方法可以制备高质量、大面积的石墨烯，但成本高、工艺复杂以及工艺条件严苛制约了其发展。目前最为常用的氧化还原方法，该法在生产过程中均使用了对化工设备有强腐蚀性、强氧化性的强酸与强氧化剂，对环境有较大的危害，且形成石墨烯的电子结构及晶体完整性均受到严重的破坏，电导率有明显的降低，限制了其进一步发展。电化学剥离的方法可以通过电极的电化学反应将层状结构组成的电极剥离成二维纳米材料，制备出石墨烯以及类石墨烯二维纳米片，但效率较低，且剥离出的二维纳米片较厚，限制了其进一步的发展。

在本发明开发出的电解液，在电化学反应的剥离作用下，层状固体材料组成的电极可以被高效、清洁的剥离成二维纳米薄片，极大提高了剥离效率。

发明内容

为了能够高效、清洁、低成本的制备具有晶体结构完整、比表面积大的石墨烯以及类石墨烯二维纳米材料，本发明的目的在于提供一种能够在电化学反应剥离作用下进行高效剥离层状材料的电解液，在电化学反应的作用下，层状材料组成的电极能够被高效、清洁、安全、稳定的剥离成二维纳米材料，且所制备二维材料具有晶体结构完整、厚度薄、面积可调可控等优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

首先将乙醇加入到去离子水中，乙醇与水的体积含量均在1-99%之间；第二步，将异丙醇、正丙醇物质中的一种或者两种加入到上述混合溶液液之中，其中每种物质的体积含量均在0.01%-25%之间，但其总体积含量在0.1%-30%之间；第三步，将十二烷基硫酸钠、十六烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种加入到上述溶液中，其中每种物质的质量含量均在0.01%-15%之间，总质量含量在0.01%-20%之间；第四步，将硫酸钠、硫酸铵、硫酸钾中的一种加入到上述溶液之中，其浓度在1 mg L^-1-50 g L^-1之间。

在电化学剥离二维纳米材料时，将主要含有层状材料如石墨或者二硫化钼的电极插入到该电解液之中，保持该电解液恒温在0-95^oC之间，以该电极为正极，以石墨、铂或者其他金属材料为负极，在电化学反应的作用下，可以将层状材料组成的正极高效、清洁的剥离成二维纳米片。

本发明的优良效果在于：