CN105293463A - 一种二维材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种二维材料及其制备方法和应用。本申请的二维材料，以磷酸盐水合物分子为结构单元，通过磷酸盐水合物的水分子与有机溶剂形成氢键，将磷酸盐水合物分子连接成片，形成二维结构的结晶材料，即二维材料。本申请的二维材料是一种全新的二维材料，扩充了二维材料体系，及其应用领域和范围。本申请的磷酸盐系列二维材料，由于具备二维材料比表面积大、密度低、光电磁性质独特等性能，在电池电极材料以及光解水制氢中都有良好的应用。此外，本申请的二维材料制备方法简单、环保、安全，且无需特殊的生产设备，能够很好的满足工业化的大批量生产。
Description
技术领域
本申请涉及二维材料领域，特别是涉及一种二维材料及其制备方法和应用。
背景技术
伴随着科学技术的飞速发展，探索新材料一直是人们孜孜不倦的追求。作为一类新型功能材料，单层二维材料由于比表面积大、密度低、光电磁性质独特等优势，近十年来逐渐成为科学研宄的热点。其中，于本世纪初崭露头角的石墨稀，因其独特的几何结构、电子结构、磁学性质等，在军事、航空航天、微电子工业、信息产业等领域受到越来越广泛的关注，展现出广阔的应用前景。如今，越来越多的单层二维材料，如硅烯、多孔石墨烯、硼氮杂化多孔石墨稀等，逐渐走进了人们的视线。
近年来，已经有许多类石墨烯结构的二维材料被合成出来，如过渡金属硫属化物、过渡金属氧化物等等。至今，人们仍然不断尝试用各种物理和化学方法丰富着二维材料体系。
现有的合成二维材料的方法有很多，包括机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法、液相超声剥离法等。这几种制备方法都是从体相层状材料上剥离得到二维材料。除此之外，通过传统的“自下而上”的化学合成法也可以直接制备二维纳米片。这种方法的最大优点是所合成的二维材料不受层状结构的限制，对于非层状结构和准层状结构的化合物也适用。自组装合成法是指无序的基本结构单元，如分子、原子、离子、基团等，通过较弱的相互作用，包括范德华力、氧键、共辄键等，自发的组织或者聚集形成一个稳定的、具有一定规则几何外形的有序结构。这种方法长期以来被广泛用于合成各种多级结构的材料。取向连接合成法与自组装合成法略有不同，在该方法中，暴露特定晶面的基本结构单元，在外界条件的作用下，如络合剂调控作用或者偏应力诱导作用等，在平面内有取向地相互连接成二维材料，而且保持最终材料的某些晶面能够统一暴露出来。这种方法同样不局限于材料的结构特征，目前已经成功应用于合成多种非层状二维纳米片。
虽然目前已有大量的二维材料制备方法，但是，各方法都是特别针对特定的材料或晶体结构的，换一种材料或对象，则很难制备出效果良好的二维材料。并且，如物理或者化学办法剥离层状材料所制备的二维材料，其厚度不均匀且不可控，无法达到理想的二维结构。
发明内容
本申请的目的是提供一种新的二维材料及其制备方法和应用。
本申请采用了以下技术方案：
本申请的一方面公开了一种二维材料，该二维材料以磷酸盐水合物分子为结构单元，通过磷酸盐水合物的化学键和氢键，将磷酸盐水合物分子连接成片，形成二维结构的结晶材料，即二维材料。
需要说明的是，本申请的二维材料，实际上就是利用有机溶剂分子与磷酸盐水合物的水分子连接，将磷酸盐水合物分子定位到指定的界面，然后实现磷酸盐水合物分子之间的化学键和氢键连接，从而获得二维材料。本申请的一种实现方式中，该指定界面即去离子水、有机溶剂和晶体表面的三相界面，在该界面将磷酸盐水合物分子连接成二维的片状结构。
优选的，磷酸盐水合物分子为Fe3(PO4)2·8H2O、Mn3(PO4)2·3H2O、Co3(PO4)2·8H2O和Ni3(PO4)2·8H2O中的至少一种。
需要说明的是，本申请的二维材料，可以单材质的Fe3(PO4)2·8H2O或Mn3(PO4)2·3H2O或Co3(PO4)2·8H2O或Ni3(PO4)2·8H2O形成的二维材料，也可以是四种材料中的任意两种、三种或四种混合形成的二维材料，这种混合可以是均匀分散形成的二维材料，也可以是不均匀的，间杂排列形成的二维材料，组合形式可以根据具体的使用需求而定，在此不做具体限定。
本申请的另一面公开了本申请的二维材料在电池正极材料、光解水制氢或磁性材料中的应用。
需要说明的是，本申请制备的二维材料，其厚度均匀，具备二维材料具备的各种特性，例如比表面积大、密度低、光电磁性质独特等，因此，本申请的一种应用方式中，将其用于电池正极材料、光解水制氢，取得了良好的效果。当然，可以理解，本申请的二维材料，具备一般二维材料的通性，因此，其应用并不只限于电池正极材料或光解水制氢。
本申请的再一面公开了本申请的二维材料的制备方法，包括以下步骤，
a)以能形成结晶水合物的过渡金属盐为原材料，将过渡金属盐、磷酸、碱分别溶解到前驱体有机溶剂中，分别形成过渡金属盐有机溶液、磷酸有机溶液和碱有机溶液；
b)以过渡金属盐有机溶液为底液，在保护气氛环境中，向底液中滴加酸有机溶液，搅拌均匀后，再向其中滴加碱有机溶液，反应生成磷酸盐与有机溶剂的络合物，即前驱体络合物，分离获得沉淀的前驱体络合物；
c)将前驱体络合物分散到去离子水中，形成带有结晶水的晶体颗粒，有机溶剂分子与结晶水形成氢键，结合在晶体颗粒的上下表面，分离获得沉淀物；
d)再将步骤c)的沉淀物分散到去离子水中，在水分子的“刻蚀”作用下，晶体颗粒侧面的晶体单元变成游离的磷酸盐水合物分子，游离的磷酸盐水合物分子与有机溶剂分子结合，在去离子水、有机溶剂与晶体表面的三相界面外延连接成片，形成二维结构的结晶材料，即二维材料。
其中，碱的作用是跟前驱体过渡金属盐、磷酸一起反应，生成磷酸盐；因此，凡是可以有此作用的碱都可以用于本申请，在此不做具体限定。
需要说明的是，本申请中的过渡金属盐是指能够生成磷酸盐水合物的金属盐。步骤b)中在无氧环境中进行滴加，主要是为了避免金属离子被氧化；本申请的一种实现方式中，具体是在惰性气氛下进行的滴加，具体采用的惰性气体为氮气。步骤d)中，水分子的“刻蚀”作用，实际上是指水分子由晶体颗粒表面向内，逐步一层一层的替换有机溶剂分子，将晶体单元变成游离的磷酸盐水合物分子，本申请将这个逐步替换的过程称为“刻蚀”。游离的磷酸盐水合物分子与有机溶剂分子通过氢键结合，在去离子水表面界面连接成片，在连接成片后，有机溶剂分子通过与磷酸盐水合物的结晶水分子形成强的氢键，排列在二维的片状结构的上下表面，起到保护作用，从而形成稳定的二维材料。
还需要说明的是，对于晶体颗粒而言其结晶是磷酸盐水合物分子按照其结构方向排列而成的，因此，本申请的晶体颗粒的上下表面就是指能够与有机溶剂分子结合的面，而其侧面自然就不能与有机溶剂分子结合。由于有机溶剂分子的保护，使得水分子只能从晶体颗粒的侧面开始“刻蚀”，“刻蚀”下来的游离的磷酸盐水合物分子则在有机溶剂分子的吸引下，排列带晶体颗粒的表面，即去离子水、有机溶剂与晶体表面的三相界面，排列成二维结构的磷酸盐水合物分子在重结晶的过程中，实现磷酸盐水合物分子之间的化学键和氢键连接，从而形成二维晶体材料，即本申请的二维材料。其中，游离的磷酸盐水合物分子被有机溶剂分子吸附到晶体颗粒的表面，可以是上表面，也可以是下表面，或者上下表面同时生长，因此，本申请可以最终形成单层或者双层的二维材料。
优选的，过渡金属盐为FeSO4·7H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O和NiSO4·6H2O中的至少一种。
优选的，过渡金属盐为可形成结晶水合物的过渡金属盐。
更优选的，过渡金属盐为FeSO4·7H2O、MnSO4·H2O、CoSO4·7H2O和NiSO4·6H2O中的至少一种。其中，FeSO4·7H2O用于制备Fe3(PO4)2·8H2O二维材料，MnSO4·H2O用于制备Mn3(PO4)2·3H2O二维材料，CoSO4·7H2O用于制备Co3(PO4)2·8H2O二维材料，NiSO4·6H2O用于制备Ni3(PO4)2·8H2O二维材料。
优选的，前驱体有机溶剂为乙二醇、异丙醇和丙三醇中的至少一种。
需要说明的是，本申请的前驱体有机溶剂，其主要作用是与磷酸盐水合物的水分子形成氢键连接，从而将磷酸盐水合物分子带到指定的界面，实现磷酸盐水合物分子的连接；因此，从理论上来说，常规的能够与磷酸盐水合物的水分子形成氢键连接的有机溶剂都可以用于本申请。但是，考虑到连接效果，优选的采用乙二醇、异丙醇和丙三醇中的至少一种。
本申请的有益效果在于：
本申请的二维材料是一种全新的二维材料，扩充了二维材料体系，及其应用领域和范围。本申请的磷酸盐系列二维材料，由于具备二维材料比表面积大、密度低、光电磁性质独特等性能，在电池电极材料以及光解水制氢中都有良好的应用。此外，本申请的二维材料制备方法简单、环保、安全，且无需特殊的生产设备，能够很好的满足工业化的大批量生产。
附图说明
图1是本申请中界面模板生长法制备二维材料的流程图；
图2是本申请中界面模板生长过程的模型图；
图3是本申请实施例1中Fe3(PO4)2·8H2O二维材料的SEM图；
图4是本申请实施例1中单层Fe3(PO4)2·8H2O二维材料的AFM图；
图5是本申请实施例1中双层Fe3(PO4)2·8H2O二维材料的AFM图；
图6是本申请实施例1中Fe3(PO4)2·8H2O二维材料电池充放电曲线；
图7是本申请实施例1中Fe3(PO4)2·8H2O二维材料电池循环稳定性曲线；
图8是本申请实施例1中Fe3(PO4)2·8H2O二维材料倍率性能曲线；
图9是本申请实施例2中Mn3(PO4)2·3H2O二维材料的SEM图；
图10是本申请实施例2中Mn3(PO4)2·3H2O二维材料的能带、态密度的计
算示意图；
图11是本申请实施例3中Co3(PO4)2·8H2O二维材料的SEM图；
图12是本申请实施例3中Co3(PO4)2·8H2O二维材料的催化性能曲线；
图13是本申请实施例3中Co3(PO4)2·8H2O二维材料的催化稳定性曲线。
具体实施方式
本申请的二维材料是一种全新的磷酸盐水合物二维材料，实际上，该新的二维材料是基于本申请的发明人在长期的实践和研究中发现的一种现象而提出的一种新方法，从而制备获得的。
具体的，以Fe3(PO4)2·8H2O二维材料为例进行说明，如图1所示，将过渡金属盐、碱、磷酸分别加到乙二醇中，超声溶解，分别制备成过渡金属盐乙二醇溶液，碱乙二醇溶液，磷酸乙二醇溶液。以过渡金属盐乙二醇溶液为底液，在氮气保护下，在磁力搅拌的同时，向底液中先滴加酸的溶液，待搅拌均匀，再向其滴加碱的溶液，反应得到的沉淀通过离心的办法分离出来，即获得前驱体络合物；将该前驱体络合物经过两次水处理，即可获得Fe3(PO4)2·8H2O二维材料。其基本原理是，前驱体络合物经过第一遍水处理时，原无定型的前驱体与水反应生成水合物，前驱体络合物中络合有大量的乙二醇分子，当经过水处理的时候，水与过渡金属的络合作用更强，所以水将取代乙二醇分子，则前驱体在水的作用下，形成带有结晶水的晶体颗粒；被取代的乙二醇分子则会与结晶水形成强的氢键作用，依然结合在晶体的表面。当第二遍水处理的时候，在水分子的“刻蚀”作用下，边缘的晶体单元变成游离的个体，游离的个体上的结晶水与溶液中的乙二醇结合；而此时，晶体的上下表面由于有乙二醇的络合作用的保护，其仍然保持稳定，游离的个体由于乙二醇分子的作用，将于晶体表面定向生长，形成二维的片状结构，即Fe3(PO4)2·8H2O二维材料。最后，用乙醇对二维薄片进行处理。由于乙二醇分子有两个羟基，当只有一个羟基与结晶水形成氢键的时候，另外一个羟基将与相邻的乙二醇分子的羟基形成氢键，由此会导致二维材料的团聚。用乙醇对二维薄片进行处理，乙醇上羟基与结晶水的结合能大于乙二醇与结晶水的结合能，因此乙醇将取代原二维材料上的乙二醇。当乙醇取代了乙二醇后，乙醇的羟基与结晶水形成氢键，另一侧是甲基基团，因此不会出现二维材料的团聚情况。
关于游离的个体，即磷酸亚铁水合物分子能在晶体表面定向生长的形成二维的片状结构的原因，本申请的发明人经过大量的实践和研究提出了两种理论模型，如图2所示；模型一：即图2(a)，乙二醇的一个羟基分子可以与两个单体上的结晶水形成三中心二氢键，三个中心分别是晶体边缘单体上的结晶水、乙二醇的一个羟基、游离单体上的结晶水；二氢键即晶体边缘单体上的结晶水与乙二醇分子的一个羟基形成氢键，以及游离单体上的结晶水与乙二醇上同一个羟基形成氢键；通过三中心二氢键在水相界面的表面将游离的个体连接成片，形成二维材料。模型二：即图2(b)，乙二醇的两个羟基分子与两个单体上的结晶水形成四中心三氢键，四中心分别是晶体边缘单体上的结晶水、乙二醇的两个羟基、游离单体上的结晶水；三氢键是晶体边缘单体上的结晶水与乙二醇的两个羟基形成两个氢键，以及游离单体上的结晶水与乙二醇的一个分子形成一个氢键；通过四中心三氢键在水相界面将游离个体连接起来。
可见，本申请的二维材料，是溶剂分子与结构单元通过氢键相互作用，沿晶体边缘以晶体、乙二醇、游离单体为模板生长；因此，一般能与结构单元形成氢键相互作用中的溶剂都可以用于本申请。
除前面介绍的Fe3(PO4)2·8H2O二维材料以外，类似的，如Mn3(PO4)2·3H2O、Co3(PO4)2·8H2O和Ni3(PO4)2·8H2O都可以形成二维材料，并且，有机溶剂除乙二醇以外，异丙醇和丙三醇也都能够达到相似的效果。
下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
实施例一
本例的磷酸盐二维材料为Fe3(PO4)2·8H2O二维材料，采用模板生长法，先制备无定型的前驱体，再通过后处理的办法将前驱体处理成新型二维材料。具体制备方法如下：
将2.085gFeSO4·7H2O溶解在66.6g乙二醇中，将0.8497g的LiOH·H2O溶解在83.25g的乙二醇中，将1.1025g的H3PO4溶解在16.7g乙二醇中。
前驱体制备：第一步，将FeSO4的乙二醇溶液作为底液，通氮气半小时，并伴有磁力搅拌，保证溶液中排除净氧气，防止Fe2+被氧化。第二步，将H3PO4溶液以每秒每滴的速度滴加到FeSO4溶液中，并搅拌均匀。第三步，将LiOH溶液滴加到之前的混合溶液中，搅拌均匀，并持续反应6h。第四步，将反应得到的沉淀通过离心的方式分离出来，即得到前驱体络合物，待下一步处理。
后处理：将前驱体络合物加入150ml去离子水洗涤，待分散均匀后，通过离心的办法将沉淀分离出来。其后再用150ml去离子水清洗一次，并分离出来。最后，用乙醇清洗一次，分散均匀后，用离心的办法分离出来，最后放到真空烘箱中60℃烘干10h。即获得本例的Fe3(PO4)2·8H2O二维材料。
采用分别扫描电子显微镜SEM和原子力显微镜AFM对本例制备的二维材料的形貌进行观察。
SEM观察结果如图3所示，Fe3(PO4)2·8H2O二维材料的厚度小于2纳米，二维片的大小大于2微米。AFM观察结果如图4和图5所示，图4所示的结果为，二维材料的厚度为0.74nm，图5所示的结果为，二维材料的厚度为1.52nm。分析认为，图4所示的0.74nm为单层的Fe3(PO4)2·8H2O二维材料，图5所示的1.52nm为双层的Fe3(PO4)2·8H2O二维材料。
可见，本例有效的制备了二维材料，且能够获得单层或双层可控的二维结构；能够更大程度的发挥二维材料的特性。需要说明的是，单层或双层可控是指，本例制备的二维材料，能够有效的控制其厚度，使得其厚度为单层分子或双层分子，不会有更厚的情况，这样能够更大的发挥二维的特性。
将本例制备的Fe3(PO4)2·8H2O二维材料与碳球磨后，作为电池正极材料。具体的，用PVDF作为粘结剂，NMP作为溶剂与正极材料混合，搅拌6h，直至均匀成浆料。将浆料涂在铝箔上，冲成16mm的圆片作为电池正极。组装成2032型纽扣半电池，负极用锂片，隔膜用PE/PP复合膜，电解液是由EC/PC混合溶液为溶剂，LiPF6为电解质配成。电池经过新威电池测试柜测试，测试条件为充电截止电压为4.2V，放电截止电压为2.0V，以恒流充电。
测试结果如图6所示，结果显示，采用本例的二维材料制备的正极片，其容量高达185mAh/g，而目前市场上常用的LiFePO4的电池容量仅为150mAh/g。并且，电池在循环400次后，如图7所示，其容量保持高达98％，电池稳定。此外，电池在20C的倍率下的容量，如图8所示，仍然有105mAh/g以上。可见，本例的Fe3(PO4)2·8H2O二维材料能够很好的用于电池正极材料，其性能远好于现有的LiFePO4正极材料。
实施例二
本例的磷酸盐二维材料为Mn3(PO4)2·3H2O二维材料，采用模板生长法，先制备无定型的前驱体，再通过后处理的办法将前驱体处理成新型二维材料。具体制备方法如下：
将1.5621gMnSO4·H2O溶解在66.6g乙二醇中，将0.8497g的LiOH·H2O溶解在83.25g的乙二醇中，将1.1025g的H3PO4溶解在16.7g乙二醇中。
前驱体制备：第一步，将MnSO4作为底液，通氮气半小时，并伴有磁力搅拌，保证溶液中排除净氧气，防止Mn2+被氧化。第二步，将H3PO4溶液以每秒每滴的速度滴加到MnSO4溶液中，并搅拌均匀。第三步，将LiOH溶液滴加到之前的混合溶液中，搅拌均匀，并持续反应6h。第四步，将反应得到的沉淀通过离心的方式分离出来，即得到前驱体，待下一步处理。
后处理：将前驱体加入150ml去离子水洗涤，待分散均匀后，通过离心的办法将沉淀分离出来。其后在用150ml去离子水清洗一次，并分离出来。最后，用乙醇清洗一次，分散均匀后，用离心的办法分离出来，最后放到真空烘箱中60℃烘干10h。
采用扫描电子显微镜SEM对本例制备的二维材料的形貌进行观察。
观察结果如图9所示，SEM测试所得Mn3(PO4)2·3H2O二维材料的厚度小于2纳米，二维片的大小大于2微米。
采用基于第一性原理密度泛函理论的VASP程序包来计算本例制备的Mn3(PO4)2·3H2O二维材料的相关性质。选取了GGA-PBE+U泛函，截断能选为650eV，分别计算了单层、双层和体材料。计算结果如图10所示，体材料的能隙为3.2eV，双层二维材料的能隙为2.8eV，单层二维材料的能隙为1.7eV。同时计算了Mn3(PO4)2·3H2O单层二维材料和双层二维材料的磁性，发现单层二维材料具有亚铁磁性，双层二维材料具有顺磁性。根据以上测试，说明本例制备的Mn3(PO4)2·3H2O二维材料具有很强的尺寸效应，并且单双层都具有磁性，是很好的磁性材料。
实施例三
本例的磷酸盐二维材料为Co3(PO4)2·8H2O二维材料，采用模板生长法，先制备无定型的前驱体，再通过后处理的办法将前驱体处理成新型二维材料。具体制备方法如下：
将2.1135gCoSO4·7H2O溶解在66.6g乙二醇中，将0.8497g的LiOH·H2O溶解在83.25g的乙二醇中，将1.1025g的H3PO4溶解在16.7g乙二醇中。
前驱体制备：第一步，将CoSO4作为底液，通氮气半小时，并伴有磁力搅拌，保证溶液中排除净氧气，防止Co2+被氧化。第二步，将H3PO4溶液以每秒每滴的速度滴加到CoSO4溶液中，并搅拌均匀。第三步，将LiOH溶液滴加到之前的混合溶液中，搅拌均匀，并持续反应6h。第四步，将反应得到的沉淀通过离心的方式分离出来，即得到前驱体，待下一步处理。
后处理：将前驱体加入150ml去离子水洗涤，待分散均匀后，通过离心的办法将沉淀分离出来。其后在用150ml去离子水清洗一次，并分离出来。最后，用乙醇清洗一次，分散均匀后，用离心的办法分离出来，最后放到真空烘箱中60℃烘干10h。
采用扫描电子显微镜SEM对本例制备的二维材料的形貌进行观察。
观察结果如图11所示，SEM测试所得Co3(PO4)2·8H2O二维材料的厚度小于2纳米，二维片的大小大于2微米。
将本例的Co3(PO4)2·8H2O二维材料用于电催化制氢。具体如下，取10mg本例制备的Co3(PO4)2·8H2O二维材料与2mg的碳黑混合，加入50μL的nafion粘结剂，加250mL异丙醇和250mL去离子水作为溶剂。将混合的材料放入探头式超声机超声15分钟，将材料分散均匀。用移液枪取10μL混合溶液与铂碳电极上，放于红外灯下照射至干燥成膜。将干燥好的材料作为活性电极，以0.1mol/L的KOH作为电解液，用旋转圆盘电极进行测试。测试由0V-0.9V之间进行CV测试，扫描速度为10mV/s，参比电极为饱和甘汞电极。同时，采用相同的条件，以目前比较常用的商业化的氧化铱作为对比。
测试结果如图12所示，图中Co3(PO4)28H2O曲线为Co3(PO4)2·8H2O二维材料的测试曲线，IrO2曲线为氧化铱的测试曲线，结果显示，本例制备的二维材料，其催化产氢具有非常高的电流密度，最大可达到41.5mA/cm2，其产氢的电位为1.54V，以电流密度10mA/cm2为标准；而现有的商业化氧化铱产氢的电流密度仅为31.8mA/cm2，产氢电位为1.60V。可见，本例制备的二维材料具有很好的产氢催化性能。进一步的，将扫描速度提高至200mV/s，其他测试条件均不发生改变，将CV测试循环1000次，即发生上述催化反应1000次循环。测试结果如图13所示，测试表明，在1000次催化后，本例的二维材料仍能保持很好的催化性能，催化活性没有衰减。可见，本例的二维材料不仅具有良好的催化性能，而且催化稳定性好，能够很好的替代现有的商业化的氧化铱。
在以上实施例的基础上，本申请进一步对本方法制备其他二维材料进行了试验。结果显示，除了磷酸亚铁、磷酸亚锰、磷酸亚钴以外，磷酸亚镍、磷酸铜都可以制备出相应的二维材料。本申请的方法可广泛应用于磷酸盐体系的二维材料中。前驱体合成中，除了乙二醇以外，异丙醇、丙三醇也都可以用于本申请，能够有效的起到模板生长法的作用。至于后处理的溶剂选择，先经一遍水洗，形成带有结晶水的磷酸盐化合物，其后可以用水或氮甲基吡咯烷酮处理，都能得到二维材料。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种二维材料，其特征在于：所述二维材料以磷酸盐水合物分子为结构单元，通过磷酸盐水合物的化学键和氢键，将磷酸盐水合物分子连接成片，形成二维结构的结晶材料，即所述二维材料。
2.根据权利要求1所述的二维材料，其特征在于：所述磷酸盐水合物分子为Fe3(PO4)2·8H2O、Mn3(PO4)2·3H2O、Co3(PO4)2·8H2O和Ni3(PO4)2·8H2O中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的二维材料在电池正极材料、光解水制氢或磁性材料中的应用。
4.根据权利要求1或2所述的二维材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
a)以能形成结晶水合物的过渡金属盐为原材料，将过渡金属盐、磷酸、碱分别溶解到前驱体有机溶剂中，分别形成过渡金属盐有机溶液、磷酸有机溶液和碱有机溶液；
b)以过渡金属盐有机溶液为底液，在保护气氛环境中，向底液中滴加酸有机溶液，搅拌均匀后，再向其中滴加碱有机溶液，反应生成磷酸盐与有机溶剂的络合物，即前驱体络合物，分离获得沉淀的前驱体络合物；
c)将前驱体络合物分散到去离子水中，形成带有结晶水的晶体颗粒，有机溶剂分子与结晶水形成氢键，结合在晶体颗粒的上下表面，分离获得沉淀物；
d)再将步骤c)的沉淀物分散到去离子水中，在水分子的“刻蚀”作用下，晶体颗粒侧面的晶体单元变成游离的磷酸盐水合物分子，游离的磷酸盐水合物分子与有机溶剂分子结合，在去离子水、有机溶剂与晶体表面的三相界面外延连接成片，形成二维结构的结晶材料，即所述二维材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述过渡金属盐为可形成结晶水合物的过渡金属盐。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述过渡金属盐FeSO4·7H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O和NiSO4·6H2O中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述前驱体有机溶剂为乙二醇、异丙醇和丙三醇中的至少一种。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510738694.3A Pending CN105293463A (zh) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | 一种二维材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105293463A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107394203A (zh) * | 2017-07-13 | 2017-11-24 | 扬州大学 | 一种二维超薄片状磷酸锰的制备方法 |
| CN111847414A (zh) * | 2019-04-28 | 2020-10-30 | 鲁东大学 | 一种二维磷酸铁纳米片材料的制备方法及应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101269807A (zh) * | 2008-03-05 | 2008-09-24 | 广州融捷材料科技有限公司 | 一种高密度球形磷酸铁及其制备方法 |
| CN102101662A (zh) * | 2011-04-01 | 2011-06-22 | 四川大学 | 一种磷酸铁的制备方法及产品 |
| KR101371356B1 (ko) * | 2012-08-10 | 2014-03-07 | 한국교통대학교산학협력단 | pH 조절을 이용한 FePO₄제조 방법 및 이를 이용한 리튬이차전지 양극용 LiFePO₄/C 복합재 제조 방법 |
-
2015
- 2015-11-03 CN CN201510738694.3A patent/CN105293463A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101269807A (zh) * | 2008-03-05 | 2008-09-24 | 广州融捷材料科技有限公司 | 一种高密度球形磷酸铁及其制备方法 |
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| KR101371356B1 (ko) * | 2012-08-10 | 2014-03-07 | 한국교통대학교산학협력단 | pH 조절을 이용한 FePO₄제조 방법 및 이를 이용한 리튬이차전지 양극용 LiFePO₄/C 복합재 제조 방법 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TONGCHAO LIU，ET AL.: "Formation of mono/bi-layer iron phosphate and nucleation of LiFePO4 nano-crystals from amorphous 2D sheets in charge/discharge process for cathode in high-performance Li-ion batteries", 《NANO ENERGY》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107394203A (zh) * | 2017-07-13 | 2017-11-24 | 扬州大学 | 一种二维超薄片状磷酸锰的制备方法 |
| CN111847414A (zh) * | 2019-04-28 | 2020-10-30 | 鲁东大学 | 一种二维磷酸铁纳米片材料的制备方法及应用 |
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