CN107790737B - 锂插层法制备锑烯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂插层法制备锑烯。所述方法先将正丁基锂的己烷溶液与锑粉放在高压反应釜中水热，一方面形成Li3Sb，另一方面Li+插入层间，然后加入异丙醇的水溶液反应，此时会生成SbH3和H2两种气体，一定程度地破坏层间的范德华力，最后超声辅助成片。本发明方法效率高、产率高、可重复性高，制得的锑烯尺寸大，可以实现少层锑烯的大规模制备。

Description

锂插层法制备锑烯
技术领域
本发明属于半导体材料制备技术领域，涉及锂插层法制备锑烯。
背景技术
β相锑是一种六方结构的层状材料，锑烯指的是厚度在纳米尺度范围内锑的纳米片。单层锑烯带隙宽度为2.28eV，是一种高稳定性、宽带隙的新型二维单元素半导体，在蓝光探测器、LED、激光器方面具有极大的应用潜力。
在计算上预测锑为层状材料之后，曾海波课题组首先用气相外延的方法制备出二维锑烯，该方法使用云母片作为衬底，用锑粉作为前驱体在管式炉中制备出少层的锑烯(Nat Commun 2016,7,13352.)。随后，Xu Wu.等用分子束外延(MBE)的方法，在PdTe2衬底上制备出单层锑烯(Adv Mater 2017，29，1605407)，这种“自下而上”的方法需要苛刻的实验条件，且产物转移困难。Carlos Gibaja.等利用液相剥离的方法制备出约4nm厚度的少层锑烯(Angew Chem Int Ed Engl 2016,55,14345.)。Pablo Ares.等用传统的机械剥离法，制备出单层的锑烯(Adv Mater 2016,28,6332.)，这种“自上而下”的方法制备的锑烯产量小，周期长，尺寸小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂插层法制备锑烯法，该方法利用简单的水热法可以在短时间内制备出高质量，高产率，大尺寸的少层锑烯。
实现本发明目的的技术解决方案为：
锂插层法制备锑烯，将正丁基锂的己烷溶液与锑粉放在高压反应釜中水热，此时一方面形成Li3Sb，另一方面Li+插入层间，然后加入异丙醇的水溶液反应，生成SbH3和H2两种气体，从而一定程度地破坏层间的范德华力，最后超声辅助成片，具体包括以下步骤：
步骤1，将锑粉加入高压反应釜中，加入正丁基锂的己烷溶液，置于85～95℃下保温12～16h，反应结束后，己烷清洗，移除上层废液，真空干燥；
步骤2，在体积浓度为75％～80％的异丙醇的水溶液中通入氩气，排出溶液中溶解的氧，将步骤1得到的真空干燥的粉末超声分散在异丙醇的水溶液中，分离上清液，再次超声10～30min，用异丙醇的水溶液离心清洗4～5次，得到纯净的锑烯。
优选地，步骤1中，所述的锑粉与正丁基锂的己烷溶液的质量体积比不大于1:30。
优选地，步骤1中，所述的正丁基锂的己烷溶液的体积浓度为23％。
优选地，步骤2中，所述的异丙醇的水溶液中，丙醇与水的体积比为3～4:1。
本发明利用正丁基锂插层锑粉末水热制备锑烯，不同于传统的锂插层制备纳米片，该方法水热过程中，Sb会与Li形成Li3Sb合金，借助其与羟基反应时生成SbH3和H2两种气体来撑开Sb层，最终通过超声辅助剥落成锑烯。本发明方法效率高、产率高、可重复性高，制得的锑烯尺寸大。
附图说明
图1为实施例1制备的产物锑烯与Sb原始粉末XRD的对比图。
图2为实施例1制备的产物锑烯的SEM图。
图3为实施例1制备的产物锑烯的AFM图。
图4为实施例1制备的产物锑烯的HRTEM图。
图5为对比例1制备的产物的SEM图。
图6为对比例2制备的产物的SEM图。
图7为对比例3制备的产物的SEM图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
实施例1
步骤1，将锑粉加入高压反应釜中，加入正丁基锂的己烷溶液，置于90℃下保温12h，反应结束后，己烷清洗，移除上层废液，真空干燥；
步骤2，在体积浓度为80％异丙醇的水溶液中通入氩气，排出溶液中溶解的氧，将步骤1得到的真空干燥的粉末超声分散在异丙醇的水溶液中，分离出上清液，再次超声10min，用异丙醇的水溶液离心清洗4-5次，得到纯净的锑烯。
图1为制备的产物锑烯与Sb原始粉末XRD的对比图。其中28.69°的峰对应于Sb的(003)晶面，纳米片(003)峰的消失证实了Sb在Z方向的减薄，说明了成功制备锑烯。图2为制备的产物锑烯的SEM图，可以看出该纳米片为高质量的规则的纳米片。图3为制备的产物锑烯的AFM图，说明该纳米片厚度约为4nm。图4为发明制备的产物锑烯的HRTEM图，其中面间距约为0.31nm，对应于Sb的(012)面。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是保温温度为85℃。
本实施例形貌与实施例1基本一致。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是保温温度改为95℃。
本实施例形貌与实施例1基本一致。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是异丙醇水溶液体积浓度为75％。
本实施例形貌与实施例1基本一致。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是保温时间改为10h。
本实施例形貌与实施例1基本一致。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是保温时间改为14h。
本实施例形貌与实施例1基本一致。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是反应溶剂改为水。
图5为对比例1制备的产物的SEM图。图中产物为絮状物，并非纳米片，可见水并不是理想的反应溶液。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是保温温度为50℃。
图6为对比例2制备的产物的SEM图。如图，由于保温温度过低，插层没能成功，因此产物与原始粉末基本相同。
对比例3
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是异丙醇水溶液体积浓度为83.33％。
图7为对比例3制备的产物的SEM图。由于锑烯在此溶液中的分散性不如80％异丙醇水溶液，因此有部分团聚现象。

Claims (3)

1.锂插层法制备锑烯，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，将锑粉加入高压反应釜中，加入正丁基锂的己烷溶液，置于85～95℃下保温12～16h，反应结束后，己烷清洗，移除上层废液，真空干燥，所述的锑粉与正丁基锂的己烷溶液的质量体积比不大于1:30；
步骤2，在体积浓度为75％～80％的异丙醇的水溶液中通入氩气，排出溶液中溶解的氧，将步骤1得到的真空干燥的粉末超声分散在异丙醇的水溶液中，分离上清液，再次超声10～30min，用异丙醇的水溶液离心清洗4～5次，得到纯净的锑烯。
2.根据权利要求1所述的锂插层法制备锑烯，其特征在于，步骤1中，所述的正丁基锂的己烷溶液的体积浓度为23％。
3.根据权利要求1所述的锂插层法制备锑烯，其特征在于，步骤2中，所述的异丙醇的水溶液中，异丙醇与水的体积比为3～4:1。
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