CN114433852A - 一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于二维锑烯材料制备技术领域的一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法。所述制备方法利用电化学剥离方法，通过对电解液和插层离子的改进，以水作为溶剂，利用双三氟甲烷磺酰亚胺离子插层的方法自上而下得到锑烯纳米片。通过本发明的制备方法获得的锑烯纳米片具有形貌良好，分散均匀等特点，同时因为使用水溶液体系，该制备过程绿色、环保、费用低，是一种能实现大规模推广的制备锑烯纳米片的方法。

Description

一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法

技术领域

本发明属于二维锑烯材料制备技术领域，尤其涉及一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法。

背景技术

锑烯作为新兴的一种第VA主族的二维纳米材料，其具有带隙可调节性、高载流子迁移率和优异的光、电、磁和力学特性，与此同时其还具有优异的稳定性，基于上述优势，锑烯材料逐渐走进人们的视野当中，锑烯纳米材料的制备也因此具有重要的研究意义。目前制备锑烯纳米片的方法主要为液相剥离的方法，需要耗费较长的时间，经检索发现，现有技术中关于锑烯合成的以下内容：

(1)“一种单晶少层锑烯的制备方法”(申请号CN201510711198.9)，该发明公开了一种高质量、大规模的新型二维材料单晶少层锑烯的制备方法，采用液相超声剥离技术，以锑粉、乙醇、表面活性剂超声辅助剥离第五主族锑纳米片。首先将锑粉和乙醇在室温下混合，然后加入适量的表面活性剂，在一定功率下超声处理一段时间，从而大量制备出锑烯。通过调节制备工艺参数，能够实现对锑烯大小尺寸的调节。

(2)“一种锑烯二维原子晶体材料及其制备方法”(申请号CN201610831257.0)，该发明公开了一种锑烯二维原子晶体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在真空环境下，对单晶基底进行处理，得到干净平整的晶面；2)将适量高纯度锑原子蒸发沉积到单晶基底上，同时使单晶基底保持一预设的生长温度，以使沉积的锑原子产生相互作用，并充分扩散，形成六角蜂窝状排布的二维有序的周期性结构，从而获得锑烯二维原子晶体材料。

(3)“一种液相法制备锑烯的方法”(申请号CN201710470089.1)，该发明一种液相法制备锑烯的方法，通过将片状β锑与植酸的水溶液混合，依次经超声裂解处理和离心处理后，将产物的上清液中分散大量单层或少层锑烯。

(4)“利用离子液辅助制备锑烯的方法”(申请号CN201710470088.7)，该发明涉及一种利用1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐液相辅助制备锑烯的方法，属于新型无机二维材料制备领域，利用简单的离子液液相辅助剥离的方法，将锑粉剥离得到了少层锑烯。

(5)“锂插层法制备锑烯”(申请号CN201711216503.2)，该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。

(6)“一种层数可调的二维锑烯及其制备方法”(申请号：CN201810044967.8)，该发明公开一种层数可调的二维锑烯及其制备方法，方法包括步骤：将金属锑晶体放入研钵中，随后加入醇并沿同一个方向进行研磨至数小时；随后将研磨后的混合物倒入超声杯中，并使用探头超声仪进行超声数小时；超声后经离心分离得到锑烯。

(7)“一种锑烯的制备方法”(申请号CN201810459170.4)，该发明公开了一种锑烯的制备方法，包括以下步骤：在小石英试管中放入体积1/3到1/2纯度为99.99％的Sb粉，将二氧化硅衬底放置在石英舟上，然后将小石英试管和石英舟都放入大石英试管中，再将上述大石英试管水平放置在管式炉中，使装有Sb粉的小石英试管位于加热区，放置有二氧化硅衬底的石英舟位于非加热区；将管式炉中的空气全部排净后保持真空泵打开并在管式炉中一边连续通入N₂；设定管式炉程序，使管式炉加热到650～700℃内某一温度后，保持该温度30～120min，再关闭管式炉，使大石英试管在管式炉中冷却至室温后取出，得到生长在二氧化硅衬底上的锑烯材料。

(8)“表面活性剂辅助的铋烯、锑烯、黑磷的液相超声剥离方法”(申请号CN201810464183.0)，该发明公开了通过表面活性剂辅助的液相超声剥离方法得到二维铋烯纳米片，包括：步骤一、配制表面活性剂的分散液；步骤二、层状块体前驱物黑磷或者锑块或者铋块的研磨；步骤三、取经研磨后的前驱物于表面活性剂的分散液中，放入功率为50～600W的超声机中，在0～5℃的条件下超声10～1440min；步骤四、取超声后的液体进行离心，离心速率为100～12000rpm/min，离心时间为1～60min，取上清液。

(9)“基于离子插层辅助的锑烯、铋烯的液相剥离方法”(申请号CN201810464163.3)，该发明公开了基于离子插层辅助的锑烯、铋烯的液相剥离方法，包括如下步骤：步骤一、锑、铋层状块体前驱物的研磨；步骤二、在惰性环境下，取粒状或粉状前驱物于有机锂盐溶液中，而后加入无水正己烷，在25～80℃下搅拌10～48h；步骤三、在上述溶液中缓慢加入水，使锂盐充分水解，同时伴随着大量气泡产生；步骤四、待不再有气泡产生时，将溶液转移至分液漏斗，用正己烷进行清洗、分层处理，反复3～5次。

(10)“锑烯纳米片的制备方法”(申请号CN201811377586.8)，该发明公开了一种锑烯纳米片的制备方法。所述方法以纯锑粉末为前驱体，多晶铜箔片为衬底，常压下，设置气体氛围流量比为Ar:H₂＝100～300sccm：10～50sccm，在640～690℃下进行物理气相沉积3～19min，衬底温度为150～250℃，得到生长在多晶铜箔片上的三角形或梯形的锑烯纳米片。

(11)“一种利用液相激光辐照制备锑烯纳米片的方法”(申请号CN201910723438.5)，该发明公开一种利用液相激光辐照制备锑烯纳米片的方法，包括预热装置、置入锑粉、置入反应溶液、安装实验装置、调整激光光路、静置分层和获取上清液等步骤，获得锑烯纳米片。

(12)“一种通过物理改性有效剥离的锑烯纳米片及其制备方法”(申请号CN202010862894.0)，该申请公开了一种通过物理改性有效剥离的锑烯纳米片及其制备方法，属于二维纳米片材料领域。该通过物理改性有效剥离的锑烯纳米片的制备方法，包括：将研磨得到的粒径小于48μm的锑粉置于球磨机中，加入ED-2003，再加入去离子水，进行球磨，得到改性后的锑粉；加入去离子水进行球料分离，搅拌分散2～3h，将锑粉悬浊液进行超声，超声时间为1～10h，进行固液分离，得到上清液和固体；上清液即为含有通过物理改性有效剥离的锑烯纳米片的溶液。

(13)“一种有机硅功能化锑烯纳米片及其制备方法和应用”(申请号CN202011468930.1)，该发明公开一种表面修饰有有机硅的功能化锑烯纳米片，其能很好的分散在基质(尤其是玻璃基质)中，且在这些基质中可具有高的溶解度、分散度和掺杂浓度。

(14)“锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯及其制法和用途”(申请号CN201911023629.7)，本申请提供锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯及其制备方法。本发明还提供本发明的锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯以及本发明方法制得的锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯的用途。

(15)“一种钾离子电池负极用锑烯/石墨烯复合材料及制备方法”(申请号CN202010579077.4)，该发明提供了一种钾离子电池负极用锑烯/石墨烯复合材料及制备方法，复合材料中二维锑烯具有超薄的片层结构，锑烯厚度为3～5nm，与石墨烯复合，呈面包状，疏松多孔。制备方法，步骤如下：1)将金属锑置于研钵中预磨，再湿磨，转移离心管中加入溶剂，冰水浴中超声、离心，收集上清液；2)将步骤1)得到的上清液与氧化石墨烯混合，超声分散均匀，进行真空过滤抽膜；3)将抽滤所得薄膜放入反应釜内衬中，然后加入还原剂反应，得到锑烯/石墨烯复合材料。

(16)“一种基于微波剥离的锑烯及其制备方法”(申请号CN202110514738.X)，该发明提供了一种基于微波剥离的锑烯及其制备方法，所述制备方法包括步骤：将金属锑晶体进行球磨，得到微米级锑粉；将所述微米级锑粉与异丙醇溶液混合，搅拌，超声分散得到混合液；将所述混合液进行微波处理，然后取上清液进行离心、洗涤、烘干，即得到基于微波辅助剥离的锑烯。

(17)“一种氟化锑烯被动调Q激光器”(申请号CN202110650554.6)，该发明提出了一种氟化锑烯被动调Q激光器,属于激光技术领域。解决了现有被动调Q激光器成本高、制备工艺复杂和易损坏的问题。它包括泵浦光源和沿光路依次置的泵浦光耦合系统及谐振腔，所述谐振腔包括沿光路依次置的平凹镜、透射式氟化锑烯可饱和吸收体和平面输出镜，所述平凹镜和透射式氟化锑烯可饱和吸收体之间设置有增益介质。它主要用于输出高重频和高稳定性的被动调Q脉冲激光。

(18)“一种基于锑烯的肿瘤靶向载药纳米粒子的制备方法”(申请号CN202110011376.2)，该发明涉及医药领域，公开了一种基于锑烯的肿瘤靶向载药纳米粒子的制备方法。首先通过液相机械剥离法和差速离心得到锑烯纳米颗粒，再利用静电吸附作用将带正电荷的壳聚糖和阿霉素包覆在带负电荷的AMNPs表面，最后在壳聚糖表面包覆带负电荷的透明质酸，得到能实现肿瘤靶向、药物缓释和多模态成像的光热/化疗载药纳米粒子。本发明载药纳米粒子在抗肿瘤光热光动力治疗、药物纳米载体等方面具有重要发展前景。

(19)“复合光热材料及其制备方法和应用”(申请号CN202111069832.5)，该发明公开了一种复合光热材料及其制备方法和应用。本申请复合光热材料包括二维光热材料基体，二维光热材料基体为二维锑烯，在二维锑烯上负载有纳米银颗粒。其制备方法包括步骤有：提供二维锑烯；在二维锑烯上形成纳米银颗粒，使得纳米银颗粒负载在二维锑烯上，得到复合光热材料。本申请复合光热材料以二维锑烯作为双功能响应平台的基体，其与纳米银颗粒一起实现光热/光动力协同治疗的作用，达到显著治疗癌症的效果。其制备方法能够保证制备的复合光热材料具有光热/光动力协同治疗作用的性能稳定，而且制备方法的效率高，降低了经济成本。

(20)“利用溶液极性调控二维VA族层状材料形貌的制备方法”(申请号CN202111374874.X)，该发明公开了利用溶液极性调控二维VA族层状材料形貌的制备方法涉及材料制备技术领域，解决了现有制备不能兼顾生长速度和形貌控制的问题，步骤一、通过电化学剥离方法制备二维VA族层状材料，电解液的溶质为四丙基溴化铵粉末溶剂为有机溶剂；以VA族材料作为阴极、铂片作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极；步骤二、将电解液中剥离得到的二维VA族层状材料进行分离，然后洗涤；步骤三、选择具有极性的第二溶液洗涤步骤二得到的二维VA族层状材料，得到调控形貌后的二维VA族层状材料。

锑烯作为一种在光、电、力等领域具有优异性能的新兴的第VA主族二维材料，其性质与尺寸、厚度和内部结构有很大关系，因此亟需提出一种利用电化学剥离方法，在快速制备高质量的锑烯纳米片的基础上，减小有机溶剂带来的污染和环境损害，为锑烯在光电等研究领域提供实际应用的可能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，所述方法为：

以双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的水溶液作为电解质溶液，双三氟甲烷磺酰亚胺离子作为插层离子；将锑块作为工作电极，在与对电极和参比电极构成的三电极体系下进行电化学剥离，得到锑烯纳米片。

所述方法中，使用水溶液来作为电解液进行电化学剥离，在水溶液中发生电解水过程，在阳极会产生氧气，而电化学剥离过程中锑块晶体材料作为阳极，氧气会吸附到晶体的边缘，氧化晶体边缘状态的元素，从而打开了晶体表面的缺口，使得插层离子能够进入层间，这个过程概括为氧切割的过程。在水溶液中电化学剥离锑烯时，使用易溶于水的双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐作为溶质材料，双三氟甲烷磺酰亚胺离子作为插层离子，在水溶液中进行阳极的电化学剥离实验，利用双三氟甲烷磺酰亚胺离子插层得到锑烯纳米片。

所述电解质溶液中，双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的质量浓度为5～20mg/mL。

所述电化学剥离过程中，电压为3～10V的恒电压；优选的，所述剥离电压为6V。

所述电化学剥离过程中，剥离时间为20～60分钟。

所述对电极为导电金属或者石墨棒；所述导电金属包括铂片、铂丝、铜丝或银丝。

所述参比电极为饱和甘汞电极。

将所述锑烯纳米片经去离子水反复洗涤之后，加入无水乙醇反复洗涤，得到锑烯纳米片溶液，置于干燥箱中进行干燥得到锑烯粉末。

所述至少采用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次

本发明合成方法中所用原料易得，简单快捷，所合成的高质量锑烯纳米片形貌好，分散均匀等特点，所得到的锑烯纳米片的厚度不大于2.3nm，其对应的层数小于10层，充分证明其剥离效果优异。

本发明的有益效果在于：

1、本发明使用电化学剥离的方法，克服了传统的制备锑烯纳米片的方法有机械剥离和液相剥离过程中，使用机械剥离所使用的装备较为复杂，同时产率较低，使用液相剥离通常需要几个小时到几十个小时的超声剥离过程，耗费时间长，耗费电能多的缺陷；提供了一种操作步骤简单的剥离方法，同时能在20～60分钟内制备出锑烯纳米片，大大缩短制备时间，节约能源。

2、通过电化学剥离制备的锑烯纳米片的形貌要比以往的制备方法要好，由于传统的液相剥离方法是通过长时间的超声剪切力破坏锑烯的层间作用力来制备锑烯纳米片，在制备过程中溶液破坏晶体的结构，同时得到的锑烯纳米片的尺寸较小，形貌较差，通过本发明的电化学剥离方法制备得到锑烯纳米片轮廓分明，形貌较好并且分散均匀。

3、采取水溶液更加环保。电化学剥离制备二维材料通常在有机溶剂下进行，但是有机溶剂溶液污染环境，也很难回收处理，而本发明使用去离子水作为溶剂，从而可以轻松处理，不污染环境，同时去离子水的价格便宜，是一种绿色环保的制备方法，能实现大规模推广制备锑烯纳米片。

附图说明

图1a、b为实施例1锑烯纳米片不同放大倍率下的透射电子显微镜照片；

图2a、b为实施例2锑烯纳米片不同放大倍率下的透射电子显微镜照片；

图3a、b为实施例3锑烯纳米片不同放大倍率下的透射电子显微镜照片；

图4a、b为实施例4锑烯纳米片不同放大倍率下的透射电子显微镜照片；

图5a、b为实施例5锑烯纳米片不同放大倍率下的透射电子显微镜照片；

图6a、b为实施例6锑烯纳米片不同放大倍率下的透射电子显微镜照片；

图7a、b为实施例7锑烯纳米片不同放大倍率下的透射电子显微镜照片；

图8a、b为实施例8锑烯纳米片不同放大倍率下的透射电子显微镜照片；

图9a、b为实施例9锑烯纳米片不同放大倍率下的透射电子显微镜照片；

图10：为实施例1的X射线衍射谱图；

图11：为实施例3的X射线衍射谱图；

图12：为实施例6的X射线衍射谱图；

图13：为实施例3的原子力显微镜图像。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

一种电化学剥离方法制备锑烯纳米片的装置系统，包括电化学工作站、对电极、参比电极、锑块、固定装置、电解槽，在电解槽内组成三电极体系；锑块作为工作电极，即阳极，对电极作为阴极，以及参比电极通过固定装置固定，每个电极之间相隔1～2cm的间距，使用电化学工作站进行设置恒电压电化学剥离的参数。

其中，对电极为导电金属或者石墨棒；所述导电金属包括铂片、铂丝、铜丝或银丝。参比电极为饱和甘汞电极。锑块为无破碎的块体材料。使用三口圆底烧瓶或50～200mL的烧杯等玻璃器皿作为电解槽。

一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，具体步骤为：

称取双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐50～200mg，去离子水10mL，配置电解质溶液。

以上述配置完成的双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的水溶液作为电解质溶液，双三氟甲烷磺酰亚胺离子作为插层离子；将锑块作为工作电极，在与对电极和参比电极构成的三电极体系下，控制电压为3～10V的恒电压进行电化学剥离20～60分钟，随着锑块体发生膨胀，之后掉落到电解液中，得到锑烯纳米片。

将上述得到的锑烯纳米片依次经去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，得到锑烯纳米片溶液，置于干燥箱中进行干燥得到锑烯粉末。干燥温度为60～80℃，干燥时间为12～24小时。

上述方法中，使用水溶液来作为电解液进行电化学剥离，在水溶液中发生电解水过程，在阳极会产生氧气，而电化学剥离过程中锑块晶体材料作为阳极，氧气会吸附到晶体的边缘，氧化晶体边缘状态的元素，从而打开了晶体表面的缺口，使得插层离子能够进入层间，这个过程概括为氧切割的过程。在水溶液中电化学剥离锑烯时，使用易溶于水的双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐作为溶质材料，双三氟甲烷磺酰亚胺离子作为插层离子，在水溶液中进行阳极的电化学剥离实验，利用双三氟甲烷磺酰亚胺离子插层得到锑烯纳米片。

实施例1：

1)以水和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐为原料，在室温下，以10mL水为溶剂，配置100mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在10伏特的恒电压下进行30分钟的电化学剥离实验。

3)将电化学剥离得到的产物经去离子水反复洗涤之后，加入无水乙醇反复洗涤，即可得到锑烯烯纳米片溶液。将其放入干燥箱中60℃中干燥12小时，即得到固体锑烯粉末。

图1a、b为实施例1的锑烯纳米结构的透射电子显微镜照片，图10为实施例1的锑烯纳米结构的X射线衍射谱图。

实施例2：

1)以水和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐为原料，在室温下，以10mL水为溶剂，配置100mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在8伏特的恒电压下进行30分钟的电化学剥离实验。

3)将电化学剥离得到的产物经去离子水反复洗涤之后，加入无水乙醇反复洗涤，即可得到锑烯烯纳米片溶液。将其放入干燥箱中60℃条件下干燥12小时，即得到固体锑烯粉末。

图2a、b为实施例2的锑烯纳米结构的透射电子显微镜照片。

实施例3：

1)以水和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐为原料，在室温下，以10mL水为溶剂，配置100mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在6伏特的恒电压下进行30分钟的电化学剥离实验。

3)将电化学剥离得到的产物经去离子水反复洗涤之后，加入无水乙醇反复洗涤，即可得到锑烯烯纳米片溶液。将其放入干燥箱中60℃条件下干燥12小时，即得到固体锑烯粉末。

图3a、b为实施例3的锑烯纳米结构的透射电子显微镜照片，图11为实施例3的锑烯纳米结构的X射线衍射谱图，图13为实施例3的锑烯纳米结构的原子力显微镜图像及其厚度测量图，其层数在10层之内。由TEM图像能清楚的看出剥离得到的锑烯纳米片轮廓清晰，形貌结构完成，分散性良好。

实施例4：

1)以水和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐为原料，在室温下，以10mL水为溶剂，配置100mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在4伏特的恒电压下进行30分钟的电化学剥离实验。

3)将电化学剥离得到的产物经去离子水反复洗涤之后，加入无水乙醇反复洗涤，即可得到锑烯烯纳米片溶液。将其放入干燥箱中60℃干燥12小时，即得到固体锑烯粉末。

图4a、b为实施例4的锑烯纳米结构的透射电子显微镜照片。

实施例5：

1)以水和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐为原料，在室温下，以10mL水为溶剂，配置100mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在3.5伏特的恒电压下进行30分钟的电化学剥离实验。

3)将电化学剥离得到的产物经去离子水反复洗涤之后，加入无水乙醇反复洗涤，即可得到锑烯烯纳米片溶液。将其放入干燥箱中60℃干燥12小时，即得到固体锑烯粉末。

图5a、b为实施例5的锑烯纳米结构的透射电子显微镜照片。

实施例6：

1)以水和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐为原料，在室温下，以10mL水为溶剂，配置100mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在3伏特的恒电压下进行30分钟的电化学剥离实验。

3)将电化学剥离得到的产物经去离子水反复洗涤之后，加入无水乙醇反复洗涤，即可得到锑烯烯纳米片溶液。将其放入干燥箱中60℃干燥12小时，即得到固体锑烯粉末。

图6a、b为实施例6的锑烯纳米结构的透射电子显微镜照片，图12为实施例6的锑烯纳米结构的X射线衍射谱图。

实施例7：

1)以水和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐为原料，在室温下，以10mL水为溶剂，配置50mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在6伏特的恒电压下进行30分钟的电化学剥离实验。

3)将电化学剥离得到的产物经去离子水反复洗涤之后，加入无水乙醇反复洗涤，即可得到锑烯烯纳米片溶液。将其放入干燥箱中60℃干燥12小时，即得到固体锑烯粉末。

图7a、b为实施例7的锑烯纳米结构的透射电子显微镜照片。

实施例8：

1)以水和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐为原料，在室温下，以10mL水为溶剂，配置150mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在6伏特的恒电压下进行30分钟的电化学剥离实验。

3)将电化学剥离得到的产物经去离子水反复洗涤之后，加入无水乙醇反复洗涤，即可得到锑烯烯纳米片溶液。将其放入干燥箱中60℃干燥12小时，即得到固体锑烯粉末。

图8a、b为实施例8的锑烯纳米结构的透射电子显微镜照片。

实施例9：

1)以水和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐为原料，在室温下，以10mL水为溶剂，配置200mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在6伏特的恒电压下进行30分钟的电化学剥离实验。

3)将电化学剥离得到的产物经去离子水反复洗涤之后，加入无水乙醇反复洗涤，即可得到锑烯烯纳米片溶液。将其放入干燥箱中60℃干燥12小时，即得到固体锑烯粉末。

图9a、b为实施例9的锑烯纳米结构的透射电子显微镜照片。

通过上述实施案例1～6看出，在调整恒电压电化学剥离的电压在3～10V区间内，所得到的锑烯纳米片的透射电子显微镜照片都显示锑烯纳米片的成功制备，这其中当电压为+6V时，通过图3能看到其具有规则的长方形的形状，同时其形貌较好，说明在+6V时得到的锑烯纳米片的质量较好。

由实施案例7～9可知，在调整电解液中锂盐的含量在5～20mg/mL区间内，所得到的锑烯纳米片的透射电子显微镜照片都显示锑烯纳米片的成功制备，说明使用不同质量的锂盐都能制备出锑烯纳米片。

通过对实施例6、3和1三个不同电压下电化学剥离得到的锑烯纳米片固体进行X射线衍射分析，如图10～12所示，在最低电压+3V，中间电压+6V和最高电压+10V的情况下得到的锑烯固体的XRD谱图都是和标准卡片一一对应，显示不同电压下其晶体结构是一致的。

通过对上述实施例+6V电压条件下电化学剥离得到的锑烯纳米片测试厚度，如图13所示，通过原子力显微镜测试，所得到的锑烯纳米片的厚度为2.3nm，其对应的层数小于10层，充分证明其剥离效果优异。

对比例1：

1)以DMF和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐为原料，在室温下，以10mL DMF为溶剂，配置100mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在6伏特的恒电压下进行30～60分钟的试验。

3)通过观察发现，锑块体没有发生膨胀和脱落现象，保持最初的状态，说明使用DMF作为溶剂不能发生电化学剥离实验。

对比例2：

1)以乙腈和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐为原料，在室温下，以10mL乙腈为溶剂，配置100mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在6伏特的恒电压下进行30～60分钟的试验。

3)通过观察发现，锑块体没有发生膨胀和脱落现象，保持最初的状态，说明使用乙腈作为溶剂不能发生电化学剥离实验。

对比例3：

1)以水和氯化锂为原料，在室温下，以10mL水为溶剂，配置100mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在-6伏特的恒电压下进行30～60分钟的试验。

3)通过观察发现，锑块体没有发生膨胀和脱落现象，保持最初的状态，说明使用锂离子插层不能发生有效的电化学剥离实验。

对比例4：

1)以水和四正丁基六氟磷酸铵TBA PF₆为原料，在室温下，以10mL水为溶剂，配置100mg/10mL的电解质溶液。

2)将锑块作为工作电极，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以上述溶液为电解质溶液，使用电化学工作站在-6伏特的恒电压下进行30～60分钟的试验。

3)通过观察发现，锑块体没有发生膨胀和脱落现象，保持最初的状态，说明使用TBA离子插层不能发生有效的电化学剥离实验。

由上述对比例可知，本申请基于锑烯的特殊结构，当使用有机溶剂替代去离子水作为溶剂后，采用相同的实验方法后发现并没有发生电化学剥离过程，这说明使用有机溶剂不能得到锑烯纳米片，只有使用水溶液才能得到锑烯纳米片，原因在于在该体系下使用有机溶剂不能产生气体，而使用水溶剂在电化学剥离的过程中会出现水的分解产生气体，这些气体有助于打开层间间距，从而实现有效的离子插层过程。

当采用其他常见锂盐或其他阴阳离子作为插层离子时，并不能发生本申请的剥离效果。其中，当使用有机溶剂时，电化学剥离过程并不能发生。此外，在水溶液中使用锂离子进行插层时也没有现象发生，因为锂离子的尺寸较小，不能破坏锑烯层间的作用力，从而不能发生电化学剥离现象，而当使用TBA离子时，也没有现象发生，是因为其半径较大，很难进入锑烯层间，导致不能发生有效插层，因此综述所述，在电化学剥离制备锑烯的过程中与插层离子的尺寸大小密切相关，只有合适尺寸的离子才能进行有效插层。

Claims (10)

1.一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，其特征在于，所述方法为：

以双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的水溶液作为电解质溶液，双三氟甲烷磺酰亚胺离子作为插层离子；将锑块作为工作电极，在与对电极和参比电极构成的三电极体系下进行电化学剥离，得到锑烯纳米片。

2.根据权利要求1所述一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，其特征在于，所述电解质溶液中，双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的质量浓度为5～20mg/mL。

3.根据权利要求1所述一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，其特征在于，所述电化学剥离过程中，电压为3～10V的恒电压。

4.根据权利要求3所述一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，其特征在于，所述电化学剥离过程中，电压为6V的恒电压。

5.根据权利要求1所述一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，其特征在于，所述电化学剥离过程中，剥离时间为20～60分钟。

6.根据权利要求1所述一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，其特征在于，所述对电极为导电金属或者石墨棒；所述导电金属包括铂片、铂丝、铜丝或银丝。

7.根据权利要求1所述一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，其特征在于，所述参比电极为饱和甘汞电极。

8.根据权利要求1所述一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，其特征在于，将所述锑烯纳米片依次经去离子水和无水乙醇洗涤，得到锑烯纳米片溶液，置于干燥箱中进行干燥得到锑烯粉末。

9.根据权利要求8所述一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，其特征在于，所述干燥温度为60～80℃，干燥时间为12～24小时。

10.根据权利要求8所述一种电化学剥离制备锑烯纳米片的方法，其特征在于，所述至少采用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次。

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