CN108467021A - 一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，属于纳米材料技术领域。本发明在惰性气体氛围中，将黑磷加入到液氮中，在温度为‑196~‑100℃条件下，恒温振荡处理0.5~6h实现液氮插层黑磷得到黑磷/液氮分散液；将黑磷/液氮分散液中的液氮挥发剥离黑磷即得黑磷剥离物A；将黑磷剥离物A取代黑磷进行液氮剥离，循环操作1次以上即得纳米黑磷。本发明方法具有操作简单、省时、无昂贵复杂设备、绿色环保的特点。本发明方法制备的纳米黑磷可用在储能、催化、传感器、生物医药等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，属于纳米材料技术领域。
背景技术
黑磷是一种新型的二维材料，因其独特的晶体结构和能带结构使其表现出高的载流子迁移率、良好的光学及光电子性能、优异的机械性能等，因此黑磷在储能、场效应晶体管、太阳能电池、气体传感器、生物医药、催化等领域展现出了诱人的应用前景。然而，在实际应用中大块的黑磷存在导电性不佳、反应活性面积小等不足。为进一步促进黑磷的应用需将其纳米化，即制备纳米黑磷。目前纳米黑磷的制备方法主要有：机械剥离法、液相剥离法（超声剥离、剪切剥离、电化学剥离、微波辅助剥离、超临界CO2辅助剥离）、气相沉积法。但是这些方法均存在相应的不足，如机械剥离产率低且耗时，长时间的液相超声或剪切剥离破坏黑磷的结构，微波或电化学辅助剥离设备较为昂贵，另外超临界CO2因用到超高压设备，制备条件苛刻，气相沉积所用设备更为复杂等。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，本发明方法具有操作简单、省时、无昂贵复杂设备、绿色环保的特点。本发明方法制备的纳米黑磷可用在储能、催化、传感器、生物医药等领域。
一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，具体步骤如下：
（1）在惰性气体氛围中，将黑磷加入到液氮中，在温度为-196~-100℃条件下，恒温震荡处理0.5~6h实现液氮插层黑磷得到黑磷/液氮分散液；将黑磷/液氮分散液中的液氮挥发剥离黑磷即得黑磷剥离物A；
（2）将黑磷剥离物A返回步骤（1）取代黑磷进行液氮剥离，循环操作1次以上即得纳米黑磷；
所述步骤（1）中黑磷为块体黑磷或黑磷粉末；
所述步骤（1）中黑磷与液氮的固液比mg:mL为(0.1~10):1；
所述步骤（1）中液氮挥发采用加热和/或减压的方式；
所述步骤（1）中惰性气氛为氩气和/或氮气；
所述步骤（1）中震荡处理采用恒温振荡器。
本发明的有益效果是：
（1）本发明方法采用液氮多次剥离即可直接得到纳米黑磷，具有简单快速、高效、节能、无昂贵复杂设备、成本低、可规模化生产的特点；
（2）本发明方法采用的液氮插层剂可直接挥发，不涉及复杂的二次离心分离；
（3）本发明方法中液氮挥发产生的氮气为惰性气体，从而避免纳米黑磷的氧化；
（4）本发明方法不会产生对环境有害的废水、废气等废弃物，具有绿色环保的特点。
附图说明
图1为实施例1块体黑磷的扫描电镜图；
图2为实施例1纳米黑磷的扫描电镜图；
图3为实施例1块体黑磷、黑磷剥离物A、纳米黑磷的XRD对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，具体步骤如下：
（1）在惰性气体（氮气）氛围中，将500mg黑磷块体加入到1000mL液氮中，其中黑磷与液氮的固液比mg:mL为0.5:1；在温度为-196℃条件下，采用恒温振荡器进行恒温震荡处理1h实现液氮插层黑磷得到黑磷/液氮分散液；将黑磷/液氮分散液中的液氮挥发剥离黑磷即得黑磷剥离物A；其中液氮挥发采用加热的方式；
（2）将黑磷剥离物A返回步骤（1）取代黑磷进行液氮剥离，循环操作1次即得纳米黑磷；
本实施例块体黑磷的扫描电镜图如图1所示，本实施例所得纳米黑磷的扫描电镜图如图2所示，从图1~2可知，经液氮剥离后，块体的黑磷被剥落为尺寸较小的纳米黑磷，纳米黑磷仍保持着块体黑磷的片层结构；
本实施例块体黑磷、黑磷剥离物A、纳米黑磷的XRD对比图如图3所示，从图3可知，经液氮一次剥离后，黑磷剥离物A的衍射峰向左偏移，说明黑磷的层间距变大，液氮实现了黑磷的剥离；经液氮处理后衍射峰强度逐渐减弱，说明黑磷尺寸逐渐减小；
本实施例纳米黑磷的尺寸为10~500nm。
实施例2：一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，具体步骤如下：
（1）在惰性气体（氩气）氛围中，将10mg黑磷块体加入到1000mL液氮中，其中黑磷与液氮的固液比mg:mL为0.1:1；在温度为-150℃条件下，采用恒温振荡器进行恒温震荡处理2h实现液氮插层黑磷得到黑磷/液氮分散液；将黑磷/液氮分散液中的液氮挥发剥离黑磷即得黑磷剥离物A；其中液氮挥发采用减压的方式；
（2）将黑磷剥离物A返回步骤（1）取代黑磷进行液氮剥离，循环操作2次即得纳米黑磷；
本实施例纳米黑磷的尺寸为10~200nm。
实施例3：一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，具体步骤如下：
（1）在惰性气体（氮气和氩气混合气）氛围中，将1000mg黑磷块体加入到200mL液氮中，其中黑磷与液氮的固液比mg:mL为5:1；在温度为-100℃条件下，采用恒温振荡器进行恒温震荡处理5h实现液氮插层黑磷得到黑磷/液氮分散液；将黑磷/液氮分散液中的液氮挥发剥离黑磷即得黑磷剥离物A；其中液氮挥发采用减压的方式；
（2）将黑磷剥离物A返回步骤（1）取代黑磷进行液氮剥离，循环操作3次即得纳米黑磷；
本实施例纳米黑磷的尺寸为5~200nm。
实施例4：一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，具体步骤如下：
（1）在惰性气体（氮气和氩气混合气）氛围中，将1000mg黑磷块体加入到100mL液氮中，其中黑磷与液氮的固液比mg:mL为10:1；在温度为-100℃条件下，采用恒温振荡器进行恒温震荡处理6h实现液氮插层黑磷得到黑磷/液氮分散液；将黑磷/液氮分散液中的液氮挥发剥离黑磷即得黑磷剥离物A；其中液氮挥发采用减压的方式；
（2）将黑磷剥离物A返回步骤（1）取代黑磷进行液氮剥离，循环操作4次即得纳米黑磷；
本实施例纳米黑磷的尺寸为5~100nm。
实施例5：一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，具体步骤如下：
（1）在惰性气体（氮气和氩气混合气）氛围中，将1000mg黑磷块体加入到200mL液氮中，其中黑磷与液氮的固液比mg:mL为5:1；在温度为-180℃条件下，采用恒温振荡器进行恒温震荡处理6h实现液氮插层黑磷得到黑磷/液氮分散液；将黑磷/液氮分散液中的液氮挥发剥离黑磷即得黑磷剥离物A；其中液氮挥发采用减压的方式；
（2）将黑磷剥离物A返回步骤（1）取代黑磷进行液氮剥离，循环操作5次即得纳米黑磷；
本实施例纳米黑磷的尺寸为2~50nm。
实施例6：一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，具体步骤如下：
（1）在惰性气体（氮气和氩气混合气）氛围中，将1000mg黑磷块体加入到500mL液氮中，其中黑磷与液氮的固液比mg:mL为2:1；在温度为-190℃条件下，采用恒温振荡器进行恒温震荡处理3h实现液氮插层黑磷得到黑磷/液氮分散液；将黑磷/液氮分散液中的液氮挥发剥离黑磷即得黑磷剥离物A；其中液氮挥发采用减压的方式；
（2）将黑磷剥离物A返回步骤（1）取代黑磷进行液氮剥离，循环操作6次即得纳米黑磷；
本实施例纳米黑磷的尺寸为5~50nm。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）在惰性气体氛围中，将黑磷加入到液氮中，在温度为-196~-100℃条件下，恒温震荡处理0.5~6h实现液氮插层黑磷得到黑磷/液氮分散液；将黑磷/液氮分散液中的液氮挥发剥离黑磷即得黑磷剥离物A；
（2）将黑磷剥离物A返回步骤（1）取代黑磷进行液氮剥离，循环操作1次以上即得纳米黑磷。
2.根据权利要求1所述液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，其特征在于：步骤（1）中黑磷为块体黑磷或黑磷粉末。
3.根据权利要求1所述液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，其特征在于：步骤（1）中黑磷与液氮的固液比mg:mL为(0.1~10):1。
4.根据权利要求1所述液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，其特征在于：步骤（1）中液氮挥发采用加热和/或减压的方式。
5.根据权利要求1所述液氮剥离黑磷制备纳米黑磷的方法，其特征在于：步骤（1）中惰性气氛为氩气和/或氮气。
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