[发明专利]一种二维碳材料及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种二维碳材料的制备方法，其中，所述方法是以层状无机材料为模板，通过对其进行离子交换反应和/或插层反应、以及进行或不进行局限反应，在层状无机材料的层间引入多功能团的有机分子层，然后通过进行或不进行聚合反应，以及炭化反应和去模板反应，和进行或不进行物理剥离，制备得到所述二维碳材料；

所述离子交换反应包括如下步骤：

将层状无机材料与离子交换剂混合，反应，制备得到层间引入有机分子组装层的有机/无机复合二维材料；

所述离子交换剂选自离子交换剂a，或者选自离子交换剂a和离子交换剂b；

所述离子交换剂a选自有机胺的盐酸盐、有机胺的硝酸盐、羧酸的碱金属盐、硼酸的碱金属盐、磺酸的碱金属盐中的至少一种；所述有机胺选自邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、联苯胺、1,3,5-三苯胺、三聚氰胺、3,3'-二氨基联苯胺、乙醇胺中的至少一种；所述羧酸的碱金属盐选自以下羧酸的钠盐、钾盐、以及铯盐，其中羧酸选自邻苯二酸、间苯二酸、对苯二酸、联苯-4,4'-二甲酸、1,3,5-苯三羧酸；所述硼酸的碱金属盐选自以下硼酸的钠盐、钾盐、以及铯盐，其中硼酸选自邻苯二硼酸、间苯二硼酸、对苯二硼酸、4,4'-联苯二硼酸；所述磺酸的碱金属盐选自以下磺酸的钠盐、钾盐、以及铯盐，其中磺酸选自邻苯二磺酸、间苯二磺酸、对苯二磺酸、4,4'-联苯二磺酸中的至少一种；

所述离子交换剂b选自有机胺的盐酸盐、有机胺的硝酸盐、羧酸的碱金属盐、硼酸的碱金属盐、磺酸的碱金属盐中的至少一种；所述有机胺的盐酸盐选自以下有机胺的盐酸盐：饱和烷基胺、苯胺、苄胺、甲基苄胺、苯基苄胺；所述有机胺的硝酸盐选自以下有机胺的硝酸盐：饱和烷基胺、苯胺、苄胺、甲基苄胺、苯基苄胺；所述羧酸的碱金属盐选自以下羧酸的钠盐、钾盐、以及铯盐，其中羧酸选自苯甲酸、乙酸；所述硼酸的碱金属盐选自以下硼酸的钠盐、钾盐、以及铯盐，其中硼酸选自苯硼酸、烷基苯硼酸；所述磺酸的碱金属盐选自以下磺酸的钠盐、钾盐、以及铯盐，其中磺酸选自苯磺酸、烷基苯磺酸中的至少一种；

所述插层反应包括如下步骤：

将层状无机材料与插层剂混合，反应，制备得到层间引入有机分子组装层的有机/无机复合二维材料；

所述插层剂选自插层剂a，或者选自插层剂a和插层剂b；

所述插层剂a选自邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、联苯胺、1,3,5-三苯胺、三聚氰胺、3,3'-二氨基联苯胺、乙醇胺、邻苯二酸、间苯二酸、对苯二酸、联苯-4,4'-二甲酸、1,3,5-苯三羧酸、邻苯二磺酸、间苯二磺酸、对苯二磺酸、4,4'-联苯二磺酸、邻苯二硼酸、间苯二硼酸、对苯二硼酸、4,4'-联苯二硼酸、苯-1,4-二硫醇、1,3-苯二硫醇、苯-1,2-二硫醇、联苯-4,4'-二硫醇中的至少一种；

所述插层剂b选自饱和烷基胺、苯胺、苄胺、甲基苄胺、苯基苄胺、饱和烷基羧酸、苯甲酸、乙酸、饱和烷基磺酸、苯磺酸、烷基苯磺酸、饱和烷基硼酸、苯硼酸、烷基苯硼酸、饱和烷基硫醇、苯硫酚、烷基苯硫酚中的至少一种；

所述饱和烷基胺为C_xH_2x+1NH₂，其中x＝3-16之间的整数；

所述饱和烷基羧酸为C_xH_2x+1COOH，其中x＝3-16之间的整数；

所述饱和烷基磺酸为C_xH_2x+1SO₃H，其中x＝1-16之间的整数；

所述饱和烷基硼酸为C_xH_2x+1B(OH)₂，其中x＝1-16之间的整数；

所述饱和烷基硫醇为C_xH_2x+1SH，其中x＝1-16之间的整数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述二维碳材料的形貌结构包括二维层堆积碳材料、二维纳米片层碳材料、二维层柱碳材料。