[发明专利]一种原位合成碳化聚合物点@少层黑磷0D-2D异质结的方法

说明书

本发明涉及一种原位合成“类荷包蛋”碳化聚合物点@少层黑磷纳米片的0D‑2D异质结的制备方法，该方法只需一步，具体包括以下步骤：将块状黑磷与N‑甲基吡咯烷酮的混合物在微波炉中加热10‑14分钟后，离心收集上层清液即得到“类荷包蛋”碳化聚合物点@少层黑磷纳米片的0D‑2D异质结。本制备方法同时包含“自上而下”和“自下而上”的合成策略。“自上而下”是指块状多层黑磷剥离成少层黑磷纳米片；“自下而上”是指N‑甲基吡咯烷酮聚合、脱水和碳化形成碳化聚合物点的过程。与现有技术相比，本发明制备工艺简单，制备效率高。这种FLBP缺陷修复技术为提高FLBP的稳定性提供了新思路，且制备出的N‑CPDs@FLBP异质结所构建的智能无线便携式电化学传感器对芦丁的检测有超低的检测限和较宽的检测范围。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种原位合成“类荷包蛋”碳化聚合物点@少层黑磷纳米片的0D-2D异质结的制备方法。

背景技术

黑磷(BP)是最新研究的一类层状二维半导体材料。具有良好的直接带隙可调、开关比大、结构各向异性等独特性能。少层黑磷纳米片（FLBP）及其复合材料已广泛应用于太阳能电池、传感器、场效应晶体管、储能器件等领域。然而，由于FLBP表面和边缘的孤对电子在环境条件下高度反应形成磷酸盐，FLBP存在的固有缺陷不仅导致环境不稳定，而且破坏其电导率和电化学活性。

FLBP通常需要通过液相剥离制备，在制备过程中难免产生表面缺陷，这是导致其氧化和影响其性能的重要因素。如何针对性地修复FLBP的表面缺陷是当前急需解决的关键难题。虽然已经开展了大量的工作来解决这一问题，但设计新的简单高效的策略来克服这些缺陷仍然是一个挑战。

发明内容

本发明的目的就是通过简单微波辅助溶剂加热法原位剥离黑磷并原位生长碳化聚合物点，克服了此前公开文件的缺点。本发明同时包含“自上而下”和“自下而上”的合成策略。“自上而下”是指块状多层黑磷剥离成少层黑磷纳米片；“自下而上”是指碳化聚合物点由N-甲基吡咯烷酮聚合、脱水和碳化的过程。用FLBP缺陷位点处的高化学活性，原位吸附由有机溶剂N-甲基吡咯烷酮经过脱水、聚合、碳化产生的“类荷包蛋”聚合物点（N-CPDs），从而形成N-CPDs@FLBP异质结。得益于缺陷位点的填补，该异质结的稳定性和导电性有显著的提升；同时N-CPDs提供了高活性的电催化位点。相比于FLBP，0D-2D异质结N-CPDs@FLBP具有更稳定、更出色的电化学性能。这种FLBP缺陷修复技术为提高FLBP的稳定性提供了新思路，而微波溶剂热辅助方法构建FLBP与0D纳米材料的异质结，将推动新型BP复合物的设计合成；将N-CPDs@FLBP应用于智能无线便携式电化学传感器中，这将有效拓展BP在电化学传感器等领域的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

涉及一种原位合成“类荷包蛋”碳化聚合物点@少层黑磷纳米片的0D-2D异质结的制备方法，具体包括以下步骤。

（1）将块状BP快速加入含有N-甲基吡咯烷酮的玻璃样品瓶中，密封，超声10分钟。

（2）将上述超声后的样品瓶放入微波炉中，用中高火加热，再用中低火加热，得到黄色溶液。

（3）将上述黄色溶液离心，收集上层清液即得到含有N-CPDs@FLBP的溶液。

步骤（1）所述的将块状BP快速加入含有N-甲基吡咯烷酮的玻璃样品瓶中，密封，此操作在充满氮气的手套箱中进行，防止多层BP被氧化。

步骤（1）所述的N-甲基吡咯烷酮也可以是N-环己基-2-吡咯烷酮、异丙醇、碳酸丙二酯、二甲基甲酰胺中的一种或者两种以上的混合物。

步骤（1）所述的将上述超声后的样品瓶放入微波炉中，先将样品瓶放入装有水的玻璃表面皿中，打开样品瓶盖，将样品瓶和表面皿一同放入充满氩气或氮气的微波炉中，防止多层BP前驱体被氧化。

步骤（1）所述的微波炉输出功率为700 W。