[发明专利]一种借助超细碳管大量简单剥离多种二维层状材料的方法

说明书

本发明属于无机材料技术领域，具体为一种借助超细碳管大量简单剥离多种二维材料的方法。本发明方法将碳管分散不同极性的溶剂中，配制成稳定的碳管稀溶液；再将一定质量的石墨、黑磷、黏土、氮化硼、二维金属硫化物等其他二维层状块体材料分散在上述配制好的碳管稀溶液中，对其进行不同时长的超声剥离处理。通过碳管的加入量的不同和超声处理的时间不同，可以获得不同层厚的层状物质。本发明获得的单层/少层二维片状材料@碳管是一种一维材料与二维材料组装的复合材料，此材料在电催化、储能以及气敏传感方面均有优异的性能。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，具体为一种借助超细碳管大量简单剥离多种二维材料的方法。

背景技术

层状材料是一种有着强烈面内化学键但是面外却只有弱范德华作用力的固体，其可以经过处理成为纳米尺度甚至是原子级尺度的片，这种片的性质与原始的前驱体大为不同。这个过程就叫做剥离。层状材料的一个主要优点在于其多样性，甚至在进行剥离前，其展现出了很宽的光谱性质。例如二维层状过渡金属硫化物有40多种，根据其金属原子的配位态或者氧化态的不同、晶格掺杂的不同导致其可能为金属、半金属或者是半导体。并且，这些材料展现出了良好的电催化以及储能方面的优势。因此层状材料有着巨大的发展潜力。

将层状材料进行剥离的最简单优势就是可以获得与原材料相比大很多倍的比表面积。近年来，剥离层状材料的另一个优势也逐渐显现出来。剥离前，层状材料的电子波函数是三维的，经过剥离，其波函数被迫接受二维波函数，从而改性了其电子带结构。这就是说通过剥离增大了其本身的电子迁移率，也可能激发出其他令人兴奋的性质。例如，石墨经过剥离后可以成为石墨烯，性质发生了巨大的改变。同样的二硫化钼这种过渡金属硫化物，经过剥离后带隙能从1.9电子伏变为1.3电子伏，使其从一种无荧光的物质变为光致发光。

发明内容

本发明的目的在于提供一种剥离多种二维层状材料的简单方法，并且拓宽其应用范围，得到的单层/少层二维材料可用于电催化、储能以及气敏传感。

本发明一种借助超细碳管大量简单剥离多种二维材料的方法，包括步骤：

(1)将碳管分散在分散剂中，形成稳定的碳管稀分散液；

(2)将二维层状材料，分散在步骤(1)中的碳管分散液中；

(3)将步骤(2)获得的分散液用超声仪器进行剥离；

(4)将剥离后得到的混合物进行分离，所得固体进行烘干，得到二维层状材料@碳管复合材料。

优选地，步骤(1)中所述的碳管为自制粉末碳管、商业化碳管、自制/商业化碳棒、VGCF以及纤维素中的一种或任意几种任意量的混合。

优选地，直径为20-200nm，长度为20nm-10μm。

优选地，步骤(1)中所述的分散剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺、二甲亚砜以及N-二甲基吡咯烷酮中的任意一种或几种任意量的混合。

优选地，步骤(2)中所述的二维层状材料为石墨、黑磷、黏土、氮化硼、过渡金属二硫化物、过渡金属三硫化物以及层状双氢氧化物中的任意一种。

优选地，步骤(3)中所述的超声仪器为普通超声清洗仪、均质机以及细胞粉碎仪中的任意一种；超声剥离时间为1h～24h；超声剥离过程的温度为0-10℃。

优选地，步骤(4)中所述的分离，其离心转速为500～3000转，离心时间为15～60min。

优选地，步骤(4)中烘干温度为50～100℃。

优选地，所得二维层状材料@碳管复合材料为100nm～10μm。

优选地，所得二维层状材料@碳管复合材料层数为1～5层。