[发明专利]一种二维材料黑磷溶解性的改善方法

说明书

本发明公开了一种二维材料黑磷溶解性的改善方法，通过烷基醇钠与黑磷发生化学反应，生成C‑O‑P键，在黑磷表面或边缘引入可溶性烷氧基侧链，有助于黑磷溶于有机溶剂，增大黑磷在有机溶剂中溶解性，从而改善二维黑磷材料的溶液加工性能。同时，引入基团对黑磷材料的边缘和表面进行了保护，从而改善了材料的大气稳定性。本发明的制备方法简单，可操作性性强，不需要极端反应条件，改性后的黑磷在有机溶剂中的溶解性增大，有利于黑磷的进一步溶液加工和应用。

技术领域

本发明涉及功能材料的制备技术领域，具体涉及一种二维材料黑磷溶解性的改善方法。

背景技术

黑磷是一种新型的具有原子层厚度的二维半导体材料，因其独特的维度特性，成为非常前沿的研究热点。黑磷的带隙能随层数可调节，且具有较高电子迁移率，这种独特的电学、光学特性，使其在光通讯、能源、光探测等领域都具有极大的应用潜力。

但是黑磷也存在着缺陷，黑磷在普通有机溶剂中的溶解度非常的低，很难实现溶液加工，这对制备光电等功能器件的制备，带来了较大困难，很大程度上制约了黑磷的研究和工业应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维材料黑磷溶解性的改善方法，通过对黑磷表面进行改性，增大其在有机溶剂中的溶解性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种二维材料黑磷溶解性的改善方法，通过烷基醇钠与黑磷发生化学反应，生成C-O-P键，在黑磷表面或边缘引入可溶性烷氧基侧链，有助于黑磷溶于有机溶剂，因此修饰后的黑磷将在有机溶剂中具有良好的溶解性，从而改善二维黑磷材料的溶液加工性能。

具体步骤包括：在惰性气氛条件下，将黑磷和烷基醇钠按一定比例加入到有机溶剂中，室温下搅拌反应36～72h，然后先以2000～3000rpm的转速离心10～30min，除去未反应的黑磷，再以不低于12000rpm的转速离心60～100min，倒出上层清液，收集下层固体沉淀，减压干燥，得到改性黑磷。

优选的，所述黑磷和烷基醇钠的摩尔比为1：1～2。

更优选的，所述黑磷和烷基醇钠的摩尔比为1：1.5。

优选的，所述烷基醇钠为甲醇钠、异戊醇钠、正辛醇钠中的一种。

更优选的，所述烷基醇钠为甲醇钠。

优选的，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

优选的，搅拌转速为200-500rpm/min。

更优选的，搅拌转速为300rpm/min，反应时间为48h。

与现有技术相比，本发明通过表面的化学修饰，在黑磷表面或边缘引入可溶性烷氧基侧链，就可以使黑磷可溶于有机溶剂，因此修饰后的黑磷将在有机溶剂中具有良好的溶解性，从而改善二维黑磷材料的溶液加工性能。同时，引入基团对黑磷材料的边缘和表面进行了保护，从而改善了材料的大气稳定性。该发明方法简单，可操作性性强，不需要极端反应条件，改性后的黑磷在有机溶剂中的溶解性增大，有利于黑磷的进一步溶液加工和应用。

附图说明

图1为本发明实施例1改性前后黑磷在甲醇中紫外-可见吸收谱图；

图2为本发明实施例1改性前后黑磷的红外光谱图；

图3为本发明实施例1改性前后黑磷的拉曼光谱图；

图4为本发明实施例1改性前后黑磷的X射线光电子能谱；

图5为黑磷改性的反应机理示意图；

图6为本发明实施例1改性前后黑磷在空气中放置不同时间后在甲醇中紫外-可见吸收谱图的变化：a)原始黑磷的紫外-可见吸收谱图；b)改性后黑磷的紫外-可见吸收谱图；c)吸收率与时间的关系。