[发明专利]一种硼烯纳米片及其制备方法

说明书

本发明公开一种硼烯纳米片及其制备方法，主要解决目前从硼粉制备二维硼烯纳米片的难题。该硼烯纳米片具有典型的二维层状结构，其厚度在0.3nm到10μm，其横向尺寸在100nm到100μm，硼元素的质量含量大于90%。所述制备方法包括：提供硼粉，将硼粉加入到溶剂中在水浴中超声，然后将得到的产物加入到浓酸中超声，经过离心干燥得到插层产物。然后将插层产物经过高温膨胀得到膨胀硼粉。最后将膨胀硼粉经过液相剥离得到硼烯纳米片。本发明提供了一种简单、绿色、高效、低成本方法制备硼烯纳米片，亦可以实现规模化生产。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种硼烯纳米片及其制备方法。

背景技术

二维材料由于其优异的理化性能在催化、能源、电子信息等领域具有巨大的应用前景。而硼烯作为二维材料家族的新成员，具有超高的导电性(≈102Ω-1cm-1),超高的载流子迁移速率(≈102cm2 V-1 s-1),良好的热稳定性等物理化学性质使其在信息、生物医药、能源环境领域备受关注。目前二维硼烯的制备主要以化学气象沉积为主(Angew.Chem.Int.Ed.,2015,54,15473-15477，Nat chem,2016,8(6):563-568.，Science,2015,350(6267):1513-1516)，该方法设备昂贵，能耗巨大，并且产率较低。要想实现硼烯的规模化应用，首先要实现硼烯的低成本批量化制备。硼本质上是一种3D元素，价电子数是3，但原子轨道数为4，所以硼的价电子数比其原子轨道数少一个，成键时价电子层无法被填充满，这样硼原子属于缺电子结构，因此硼原子通常形成多中心键。硼原子的这种特殊的电子结构造成了硼的多面体特性，使其趋向于形成具有复杂多面体结构的物质，而不是层状结构。也正是因为硼的特殊结构不同于现有的二维材料，因此采用低价量大的液相剥离法制备硼烯纳米片的工艺更加困难。目前已经有个别研究组采用液相剥离的方法来制备硼烯纳米片，例如孙等人采用不同有机溶剂(Chem.Commun.,2019,55,4246-4249；ACSCatal.2019,9,4609-4615)将硼粉进行超声剥离得到硼烯纳米片，但是剥离的效率很低，最终的产物浓度只有每毫升只有几毫克，远远没有达到规模化制备的产量。如何实现低价规模化制备硼烯纳米片是硼烯在工程应用中亟需解决的关键工程问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种硼烯纳米片及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采取的技术方案包括：

一种硼烯纳米片，具有典型的二维层状结构，其厚度为0.3nm-10μm，其横向尺寸为10nm-100μm，硼元素的质量含量大于90％。

进一步的，所述的硼烯纳米片，该硼烯纳米片的厚度为0.8nm-20nm，所述横向尺寸为50nm-10μm，所述硼烯纳米片的表观密度为0.01g/cm³-100g/cm³。

一种以上所述的硼烯纳米片的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将硼粉加入到溶剂中配成分散液，然后在水浴中超声；

第二步，将得到的产物加入到浓酸形成浓酸悬浮液，然后进行超声处理，再经过离心干燥得到插层产物；

第三步，将插层产物经过程序升温膨胀得到膨胀硼粉；

第四步，将膨胀硼粉经过液相剥离得到硼烯纳米片。

进一步的，所述的硼烯纳米片的制备方法，第一步中所述硼粉的颗粒大小为3000目到20目，硼元素含量大于90％，表观密度为0.1g/cm³-100g/cm³。更进一步的，所述硼粉颗粒大小为500目到200目，表观密度为0.5g/cm³-10g/cm³。