[发明专利]一种二维金属纳米片及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种二维金属纳米片及其制备方法与应用。所述制备方法包括：将金属源前驱体、模板盐与溶剂混合，再将所述溶剂去除，制得中间产物；以及，对所述中间产物进行退火处理，制得二维金属纳米片。本发明通过将金属源前驱体与模板盐反应制得二维金属纳米片，制备的二维金属纳米片的尺寸大于10μm；该方法具有普适性，且制备方法简单，成本低廉，有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种二维金属纳米片及其制备方法与应用。

背景技术

二维(2D)材料由于其超薄的性质而具有独特的光学、电子和化学性质，因此在纳米材料领域得到了广泛的研究。自2004年首次报道石墨烯以来，已经开发了几种2D材料，包括二维过渡金属硫化物(TMDs)、金属氮化物(MN_x)、金属磷化物(MP_x)、2D氮化硼(h-BN)、2DMXenes、2D金属有机骨架(MOF)和纯金属。2D纳米片(NSs)具有独特的性能，这在相应的特征在实体中基本上是不存在的。例如，由于纳米片的超薄性质，以及它们的高表面积与体积比，活性位点的数量接近原子总数，这使得它们具有高效的催化性能。值得注意的是，由于合适的带隙(约1.0-2.0eV)，进而二维过渡金属二卤族化合物具有很好的光电性能。此外，还证明了纳米片的尺寸和厚度对其电化学性能有明显的影响。这种超薄的结构使得纳米片具有广泛应用于各个领域的潜力，能够应用于储能、场效应晶体管以及催化领域。有些材料具有自然的层状结构，层状结构是由层间的弱范德华力联系在一起。这些材料的2D纳米片可以通过机械和化学剥离直接从其母材料中提取。然而，对于纯金属材料来说，由于金属键的无方向性，金属原子自然倾向于形成三维密集结构。因此，通过直接分层制备二维金属纳米结构在大多数情况下是不可行的。二维金属纳米片的制备困难严重阻碍了关于其性能的研究。

最初，基于金属原子层接层沉积的方法被用于合成数十或数百纳米厚度的各种金属薄膜，如物理气相沉积、分子束外延、化学气相沉积、磁控溅射和原子层沉积。这些薄膜可以看作是初始的二维金属材料。虽然金属膜的纯度和厚度可以控制在一定程度，但所制得的金属膜含有杂质，结晶度极低，与基底粘附紧密，不容易分离。此外，即使可以通过原子层沉积[来控制沉积周期的次数，厚度小于10nm的二维金属薄膜的报道也很少。此外，一些高厚度的金属薄膜由于由纳米颗粒和晶界的存在而不能被认为是二维纯金属纳米片。在过去的几年中，包括基于溶液的化学方法、电子剥离和机械方法在内的各种方法已经成功地从金属盐、块状金属、金属颗粒以及金属箔制备出了一些纳米厚度的二维金属材料，但存在尺寸较小的缺点，因此迫切需要一种合适的途径来合成具有更大比表面积的大尺寸超薄二维金属纳米片。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种二维金属纳米片及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种二维金属纳米片的制备方法，其包括：

将金属源前驱体、模板盐与溶剂混合，再将所述溶剂去除，制得中间产物；

以及，对所述中间产物进行退火处理，制得二维金属纳米片。

本发明实施例还提供了前述方法制备的二维金属纳米片，所述二维金属纳米片的厚度为小于10nm，横向尺寸大于10μm。

本发明实施例还提供了前述的二维金属纳米片于制备储能材料、场效应晶体管或催化材料中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过将金属源前驱体与模板盐反应制得二维金属纳米片，制备的二维金属纳米片的横向尺寸大于10μm；该方法具有普适性，且制备方法简单，成本低廉，有广泛的应用前景。

附图说明