[发明专利]二维层状锑负极材料、二维锑烯材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种大规模可控制备微米级二维锑负极材料与二维锑烯材料的方法及应用。本发明以镁粉和锑粉为原料，通过控制合金化反应温度，制备得到层状α‑锑化镁合金前驱体，其镁层和锑层交替排列。利用镁、锑反应活性区别，采用含氮气氛将镁转化为氮化镁并充当二维的模板，生成单质锑/氮化镁纳米层交替分布的层状结构。通过后续酸洗除去生成的氮化镁后，最终形成独特层状二维锑，并在之后的锂离子电池的测试中显示出了较高的容量和优异的倍率性能以及长的循环稳定性。将层状的锑进一步超声分散处理，即可获得大小为微米级别的少层或单层的锑烯。该方法不仅简单易行，成本低廉，而且可以大规模生产，并为制备大尺寸金属二维材料的制备提供参考。

技术领域

本发明涉及一种二维层状锑材料与二维锑烯材料的制备方法以及其应用，提供了一种大规模可控制备微米级二维锑负极材料与二维锑烯材料的方法及应用。

背景技术

自英国科学家Geim等人于2004年使用机械剥离法制备出石墨烯之后，二维材料在国际上引发了研究热潮。随着近些年研究人员对于石墨烯的研究不断深入，发现石墨烯本身具有一些独特的物理性质，比如霍尔效应以及量子隧穿效应等，并且正是石墨烯的这些独特的优异性能，使得其在在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。然而石墨烯的禁带宽度为0eV，这就限制了其在半导体器件和光电子领域以及其他的更广泛的应用，因此类石墨烯状二维材料的研究已经成为了一个非常热门并且将具有深远意义的课题。该领域的研究从石墨烯开始，向二硫化物及第四族(硅、锗、锡)，再向第五族(磷、砷、锑、铋)逐步拓展。

其中由第V主族元素构成的单层材料由于具有较大的带隙、高的载流子迁移率以及“非平庸”的拓扑性质等特点，非常适合应用于下一代电子器件之上。单层锑烯(Antimonene)近年来被理论预言为具有宽带隙的半导体材料，同时具有高载流子迁移率、带隙可随层数调节(0～2.28eV)、高热导电性以及电学性质易于调控等特性，引起了人们的广泛研究。然而，目前实验上制备高质量锑烯的工作鲜有报道，进一步实现材料结构和物性的调控更加困难。