[发明专利]一种二维硅的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及二维硅制备技术领域，尤其涉及一种二维硅的制备方法及其应用。所述方法包括如下步骤：以ASi₂型合金为前驱体，采用化学脱合金或者真空脱合金的方法对所述前驱体进行处理，即可得到二维硅。本发明的二维硅的制备方法能够以商业化的合金作为前驱体，这类前驱体的种类多，成本低，可以显著降低二维硅的制备成本。另外，本发明的制备方法不需制备特定的前驱体、不需煅烧、不需球磨，也没有繁杂的反应工序，因此，本发明的制备工艺简单、成本低，极大地提高了生产效率高，能更好地满足工业化生产的需要，实现大规模生产，极具应用前景。

技术领域

本发明涉及二维硅制备技术领域，尤其涉及一种二维硅的制备方法及其应用。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

二维材料具有独特的物理化学性能，在技术应用及基础研究方面取得了重要的进展。近年来，各种二维材料，如石墨烯、过渡金属氧化物、硫化物、及碳氮化物等，已经被广泛的用于催化、吸附和储能等领域。然而，由于硅是各向同性的立方相晶相，要实现自发层状生长极为困难。目前，尽管开发了多种方法合成二维硅，如化学气相沉积、模板诱导合成、剥离等方法，但本发明人发现，这些方法普遍存在成本高、工艺复杂、前驱体单一、产率低、对材料的利用率低等问题。

发明内容

针对上述的问题，开发一种成本低、产率高、结构完整，且能够实现大规模制备二维硅的方法是本发明要实现的主要目的。为此，本发明提出一种二维硅的制备方法及其应用。为实现上述发明目的，本发明采用的技术手段为：

首先，本发明公开一种二维硅的制备方法，包括如下步骤：以ASi₂型合金为前驱体，采用化学脱合金的方法对所述前驱体进行处理，即可得到二维硅。

进一步地，采用化学脱合金的方法时，所述前驱体包括：CaSi₂、NiSi₂、FeSi₂、TiSi₂、CoSi₂、CrSi₂、NbSi₂、ZrSi₂、MoSi₂、LiSi₂中的任意一种或两种及以上的混合物。本发明发现这种类型的合金通过脱除其中的A元素后能够在形成高纯度硅材料的同时，形成二维的层状结构，从而得到二维硅。另外，由于ASi₂型合金中的A元素被除去，本发明制备的这种二维硅还具一定的有多孔特性，这进一步增大了与电解液的接触界面、提高电荷传输速率，从而提高其电化学性能。

进一步地，所述化学脱合金的方法为采用酸对前驱体进行刻蚀处理。

可选地，所述酸包括盐酸、硫酸、醋酸、草酸，柠檬酸、磷酸、亚硫酸、磷酸、氢氟酸、甲酸、苯甲酸、乙酸、丙酸、硬脂酸、碳酸、氢硫酸、次氯酸、硼酸、硅酸中的任意一种或两种及以上的混合物。

进一步地，所述化学脱合金的方法中，反应的温度为0-80℃，反应的时间为1-24h。例如，可以在25-50℃之间反应5-24h。需要说明的是，反应的温度和时间可以根据选择的前驱体和酸进行灵活选择。

进一步地，所述化学脱合金的方法中，反应后对得到的产物依次进行过滤、洗涤、干燥。以便于除去产物表面的残留酸液。优选地，所述干燥为真空干燥；真空干燥的温度为70-150℃，防止二维硅的表面在高温下被氧化。

其次，本发明公开另一种二维硅的制备方法，包括如下步骤：以ASi₂型合金为前驱体，采用真空脱合金的方法对所述前驱体进行处理，即可得到二维硅。

进一步地，采用真空脱合金的方法时，所述前驱体包括：CaSi₂、LiSi₂中的任意一种或两种的混合物。