CN113957524A - 一种晶体红磷纤维及其高效制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于晶体磷材料制备技术领域，具体涉及一种晶体红磷纤维及其高效制备方法。所述方法是将红磷粉末加入到密闭环境中，升高温度到580℃以上，保温反应0.5‑5h，反应结束后降温至120℃以下，最后自然冷却至室温，得到晶体磷纤维。本发明提供的所述高效制备晶体红磷纤维的方法，首次实现了无定型红磷向晶体红磷纤维的无催化诱导结晶，材料制备过程操作简单、可稳定合成，市场前景极为广阔。
Description
技术领域
本发明属于磷材料制备技术领域，具体涉及一种晶体红磷纤维及其高效制备方法。
背景技术
单元素磷作为一种二维材料，其潜在的特性在广泛的领域中逐渐崭露头角。元素磷有多种同素异形体，通过矿化剂辅助商用无定型红磷催化可以得到晶体磷包括：黑磷，晶体红磷Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ及聚合状红磷[P12(4)]P2[。每一种结构晶体磷都具有独特的性质，然而，矿化剂辅助合成晶体磷的方法受到矿化剂种类和应用的限制，无法实现大规模单相晶体磷的制备。迫使磷材料无法在光电催化产氢、降解环境污染物及医学领域等实际生活中得到普遍性应用。
另外，现有技术常使用碘作为矿化剂来制备晶体红磷纤维材料，而矿化剂的存在会促使反应物向特定的能量结构转变，不同的矿化剂对同一种反应物的作用会存在差异，降低晶体红磷纤维材料质量。
综上，需要开发一种无需矿化剂的磷材料制备方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种晶体红磷纤维及其高效制备方法，该方法制备晶体红磷纤维的过程中，不需要使用矿化剂。
本发明的第一个目的是提供一种晶体红磷纤维的高效制备方法，将红磷粉末加入到密闭环境中，升高温度到580℃以上，保温反应0.5-5h，反应结束后降温至120℃以下，最后自然冷却至室温，得到晶体磷纤维。
优选的，上述晶体红磷纤维的高效制备方法，加入到密闭环境的方法为：将红磷粉末加入到玻璃安瓿瓶内，真空密封。
优选的，上述晶体红磷纤维的高效制备方法，反应在马弗炉中进行。
优选的，上述晶体红磷纤维的高效制备方法，升高温度到580-700℃后进行保温反应。
优选的，上述晶体红磷纤维的高效制备方法，保温反应的时间为0.5-2h。
优选的，上述晶体红磷纤维的高效制备方法，第一次降温到100-120℃。
优选的，上述晶体红磷纤维的高效制备方法，第一次降温的速率为0.5-2℃/min。
本发明的第二个目的是提供一种由上述方法制备的晶体红磷纤维。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明使用的无定型红磷作为前驱体材料，在没有矿化剂的作用下得到晶体红磷Ⅳ型--红磷纤维。这是因为在化学气相输运过程中的缓慢结晶动力学促使无定形红磷向晶体红磷纤维的转变。这种高温诱导相变从根本上避免了矿化剂对产物的影响，保证了产物的单一性。
2、本发明提供的所述高效制备晶体红磷纤维的方法，首次实现了无定型红磷向晶体红磷纤维的无催化诱导结晶。材料制备过程操作简单、可稳定合成，市场前景极为广阔，为晶体红磷纤维的结构性能研究和普遍性应用铺平道路。
附图说明
图1为实施例1制备的晶体红磷纤维的SEM图片；
图2为实施例1制备的晶体红磷纤维的XRD图谱；
图3为对比例1与实施例1制备的晶体红磷的拉曼光谱对比。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，如未特殊说明，所用试剂均为市售，所用方法均为本领域常规技术。下述实施例中所用红磷粉末和铋粉均为市售。
实施例1
一种晶体红磷纤维的制备方法，包括以下步骤：
将100mg红磷粉末加入到玻璃安瓿瓶内，真空密封，置于马弗炉中，升高温度到580℃，保温反应30min，反应结束后，以0.5℃/min的降温速率降低到120℃，然后自然冷却至室温，得到红色晶体红磷纤维。
图1为本发明实施例1制备的晶体红磷纤维SEM图片，SEM图片显示为微带状结构的材料，有较大的纵横比；图2为本发明实施例1制备的晶体红磷纤维XRD图谱，XRD图谱显示样品有较高的结晶度，衍射峰位与之前报告的晶体红磷纤维相对应。
实施例2
一种晶体红磷纤维的制备方法，包括以下步骤：
将150mg红磷粉末加入到玻璃安瓿瓶内，真空密封，置于马弗炉中，升高温度到700℃，保温反应2h，反应结束后，以2℃/min的降温速率降低到100℃，然后自然冷却至室温，得到红色晶体红磷纤维。
实施例3
一种晶体红磷纤维的制备方法，包括以下步骤：
将100mg红磷粉末加入到玻璃安瓿瓶内，真空密封，置于马弗炉中，升高温度到650℃，保温反应5h，反应结束后，以1℃/min的降温速率降低到110℃，然后自然冷却至室温，得到红色晶体红磷纤维。
对比例1
一种晶体红磷纤维的制备方法，包括以下步骤：
将100mg红磷粉末和30mg碘加入到玻璃安瓿瓶内，真空密封，置于马弗炉中，升高温度到580℃，保温反应30min，反应结束后，以0.5℃/min的降温速率降低到120℃，然后自然冷却至室温，得到红色晶体红磷纤维。
如图3所示，对比无矿化剂无定型红磷转化的晶体红磷和加入矿化剂制备的晶体红磷的拉曼光谱，其中，RP为实施例1制备的晶体红磷，RP+I2为对比例1制备的晶体红磷，发现实施例1的方法在不添加矿化剂的情况下，制备的晶体纤维磷依然质量良好。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种晶体红磷纤维的高效制备方法，其特征在于，将红磷粉末加入到密闭环境中，升高温度到580℃以上，保温反应0.5-5h，反应结束后降温至120℃以下，最后自然冷却至室温，得到晶体磷纤维。
2.根据权利要求1所述的一种晶体红磷纤维的高效制备方法，其特征在于，加入到密闭环境的方法为：将红磷粉末加入到玻璃安瓿瓶内，真空密封。
3.根据权利要求2所述的一种晶体红磷纤维的高效制备方法，其特征在于，反应在马弗炉中进行。
4.根据权利要求3所述的一种晶体红磷纤维的高效制备方法，其特征在于，升高温度到580-700℃后进行保温反应。
5.根据权利要求4所述的一种晶体红磷纤维的高效制备方法，其特征在于，保温反应的时间为0.5-2h。
6.根据权利要求3所述的一种晶体红磷纤维的高效制备方法，其特征在于，第一次降温到100-120℃。
7.根据权利要求6所述的一种晶体红磷纤维的高效制备方法，其特征在于，第一次降温的速率为0.5-2℃/min。
8.一种权利要求1-7任一项所述方法制备得到的晶体红磷纤维。
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