CN114804044A - 一种闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的方法及其制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黑磷纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：S1)称取红磷、黄磷粉末，对红磷粉末进行球磨，进行真空干燥，得到红磷粉末；S2)将所述粉末进行初步处理，初处理为添加导电物质，得到预处理品；S3)将所述预处理品放入高压放电反应室中，经高压放电加工，得到粗制品黑磷纳米颗粒；S4)将所述黑磷纳米颗粒粗制品分散在无水乙醇中，注入离心管中，再放入离心机进行离心提纯形成精制品，然后将提纯后的所述精制品放入真空烘箱干燥至恒重，即制得黑磷纳米颗粒。制得的产品品质高且成本低；还提出了实施以上黑磷纳米颗粒的制备方法的装置，生产效率高且操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种黑磷纳米颗粒的制备方法及其制备装置。
背景技术
黑磷(Black phosphorus)晶体结构是一个磷原子通过sp3杂化轨道与三个相邻的原子结合，于是就出现了类似于褶皱的蜂窝结构。此外，每个原子都有一个孤电子对，其余的孤电子对使磷与空气发生反应。黑磷可以剥离成类似于石墨烯和过渡金属二硫属化合物(TMDs)的二维(2D)材料，与零带隙石墨烯不同的是，随着层厚的减小，其带隙可调范围为0.3-2.0eV，黑磷是通用的直接带隙。此外，二维黑磷具有较窄的带隙，工作光谱可以从可见光范围扩展到光通信、电子和军事应用的近红外和中红外区域。例如，黑磷薄片被用作具有宽带工作带宽的光吸收器来调制超短激光输出。此外，黑磷还展示了其他主要各向同性的二维材料所没有的独特的平面内各向异性，有可能在热电和等离子体方面有突破性的性能改进。
现有技术的黑磷的制备方法包括：化学气相运输法和热容剂法。
化学气相运输法需要在真空条件下利用管式炉加热反应数天以上，生产效率低，尺寸和层厚难以控制，降低了其电化学性能，限制了其应用。
与石墨烯、二硫化钼和氮化硼等其他2D材料相比，少层黑磷的杨氏模量小得多。例如，石墨烯、二硫化钼和氮化硼的杨氏模量分别为1.0TPa、280.33TPa、和0.25TPa，而少层黑磷的杨氏模量分别为0.166TPa(锯齿形)和0.044TPa(扶手椅形)。少层黑磷较小的杨氏模量可能是由两个方面引起的：(1)P-P键强度较弱；(2)当施加拉伸应变时，二面角是折中而不是键长拉伸。这使得黑磷在实际的大强度应变工程中是一个很好的选择。
发明内容
基于以上的现有的技术缺陷，本发明提出了一种闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的方法，具有工艺简单且效率高的特性，解决了现有技术的黑磷的制备方法成本高、生产效率低和不环保的技术问题。
本发明的另一目的在于提出一种生产黑磷纳米颗粒的制备装置，结构简单，能够实现快速、大批量的制备黑磷纳米颗粒，具有非常高的生产效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的方法，括以下步骤：
S1)称取红磷、黄磷粉末，对红磷粉末进行球磨，进行真空干燥，得到红磷粉末；
S2)将所述粉末进行初步处理，初处理为添加导电物质，得到预处理品；
将所述预处理品放入高压放电反应室中，经高压放电加工，得到粗制品黑磷纳米颗粒；
S4)将所述黑磷纳米颗粒粗制品分散在无水乙醇中，注入离心管中，再放入离心机进行离心提纯形成精制品，然后将提纯后的所述精制品放入真空烘箱干燥至恒重，即制得黑磷纳米颗粒。
具体的，步骤S1)中红磷粉末的干燥温度为50℃。
具体的，步骤S2)中红磷、黄磷粉末的初处理为添加导电物质，导电物质为黑磷、磷烯、黑磷导电聚合物等。
优选的，步骤S2)中，添加的导电物质与红磷、黄磷粉末混合体的电阻应小于100Ω。
根据权利要求1所述的黑磷纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤S2)中进行初处理，为添加导电物质，且混合物的比应小于5％。
进一步的，步骤S3)中，所述高电压反应腔内安装有石英填料管，所述石英填料管用于置放所述混合物；
所述高电压反应腔内的气压约为10毫米汞柱，放电的电压为350-400V，放电的电容为180-270mF，放电的时间小于2秒，如果放电时间过长超过2秒以上，则进行再次放电操作，直至单次的放电开始至结束的时间不超过2秒为止。
优选的，步骤S4)中，无水乙醇中的所述粗制品的质量浓度为2-10mg/ml；
离心机的转速为500-700r/min，干燥的温度为20℃。
进一步的，本发明还提出了一种生产黑磷纳米颗粒的制备装置，用于实施以上所述的黑磷纳米颗粒的制备方法，包括控制器组、高压充电电源组和所述高电压反应腔；
所述高压充电电源组包括直流开关断路器、高压充电电源、电容器组；
所述高电压反应腔内安装有石英填料管，所述石英填料管用于置放所述混合物且高电压反应仓中带有压缩装置，装置得作用为使混合物轻微压缩；
所述石英填料管的两端均设置有高压放电电极为导电铜柱，两个所述高压放电电极分别与所述高压充电电源组的正负电极电连接；
所述控制器组与所述高压充电电源组电性连接，所述控制器组设有可编程控制器。
进一步的，所述石英填料管的内壁设有耐高温涂层，所述耐高温涂层的耐温值大于3000K。
进一步的，所述高电压反应腔还连接有分子真空泵；
所述电容器组由多组400V、18mF的电容组合而成；所述电容器组充电时，通过所述控制器组切断所述高压充电电源组与所述高压放电电极的连接。
本发明的技术方案的有益效果为：本发明的所述黑磷纳米颗粒的制备方法，以红磷、黄磷为原材料，制成的黑磷在电池、电容器、智能传感器及催化领域都有巨大的发展潜力。
具体包括以下优点：
1、以红磷、黄磷粉末作为前驱体，有效降低了制备黑磷纳米颗粒的原料成本和难度。
2、使用黑磷的同素异形体红磷、黄磷作为制备黑磷的原料，利用红磷、黄磷在高温条件下燃烧的特性，为放电加工过程需要的高温的环境提供了加热源。
3、本发明的装置中的高电压反应腔可提供低于10毫米汞柱的低压，可为黑磷的生成提供有利的低压环境。
4、瞬时的高压放电可以使高电压反应腔内瞬间达到3000K的温度，使原材料瞬间发生反应形成二维片层结构，并且使杂质瞬间气化；通过瞬时放电加工使黑磷形成稳定的结构。
5、本发明提出的放电加工的制备方法和制备装置的生产效率高，放电时间短，耗能少。因此，可以在较短的生产周期内制得大批量的产品。
6、采用放电加工的工艺，可避免使用有毒试剂，更为绿色环保。
附图说明
图1是本发明一个生产黑磷纳米颗粒制备装置的实施例的结构示意图；其中：控制器组1；高压充电电源组2；开关断路器21；高压充电电源22；电容器组23；高电压反应腔3；高压放电电极31；石英填料管32和真空泵4。
图2为实例黑磷纳米颗粒的拉曼表征图。
具体实施方式
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
下面结合具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。
一种闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
S1)称取红磷、黄磷粉末，对红磷粉末进行球磨，进行真空干燥，得到红磷粉末；
S2)将所述粉末进行初步处理，初处理为添加导电物质，得到预处理品；
S3)将所述预处理品放入高压放电反应室中，经高压放电加工，得到粗制品黑磷纳米颗粒；
S4)将所述黑磷纳米颗粒粗制品分散在无水乙醇中，注入离心管中，再放入离心机进行离心提纯形成精制品，然后将提纯后的所述精制品放入真空烘箱干燥至恒重，即制得黑磷纳米颗粒。
本发明的所述黑磷纳米颗粒的制备方法，以红磷、黄磷为原材料，制成黑磷。
本发明针对配方材料实施精准的放电加工，放电过程中，原材料在毫秒级的时间单位内转为黑磷，并且形成稳定结构。
放电过程中，高压放电腔内的物质发生如下变化：
1、在放电过程中，产生的焦耳热使石英填料管中温度上升至200℃左右，此时的红磷开始剧烈燃烧。
2、放电过程中，当产生的焦耳热进一步增多，使石英填料管中的温度上升至约3000K的时候，管内的混合物及混合物杂质瞬间升华，红磷、黄磷在瞬间迅速转变为和黑磷，同时电荷沿着低维材料的二维网络移动，并瞬间产生极大的冲击力(库仑力)，克服了引起材料团聚的范德华力作用，阻止了材料的团聚。
3、当放电结束时，石英管内温度通过黑体辐射下降至室温，再次有效地阻止了材料的团聚。
具体的，步骤S2)中，红磷、黄磷粉末的初处理为添加导电物质，导电物质为黑磷、磷烯、黑磷导电聚合物等。
已知红磷、黄磷不导电，如果反应物中不添加导电物质，则会导致在放电加工过程中无法形成回路，混合物中无法通过电流，无法有效生成所需物质。
优选的，步骤S2)中，进行初处理时混合物的比应小于5％。
如果红磷、黄磷黑磷混合物的比大于5％则电阻会过大或过小。
红磷、黄磷粉末的质量应为根据石英管的大小来控制，最佳范围应为大于0.5g和1.0g的成品合成。
如果红磷、黄磷混合物的质量浓度过低，则会使制备的生产效率过低，不符合本发明的设计目的，如果红磷、黄磷混合物的质量浓度过高，易出现原材料团聚的现象，或反应不充分。
优选的，步骤S4)中，所述黑磷纳米颗粒的烘干温度为20℃。
优选的，步骤S4)中，搅拌的转速为300-500r/min，干燥的温度为20℃。
如果干燥温度过低，会导致水分的蒸发不充分，进而降低放电加工过程中物质的转化效果；如果干燥温度过高，则会使红磷燃烧或黑磷变性，甚至导致失火事故的发生。
具体的，步骤S3)中，所述高电压反应腔3内安装有石英填料管32，所述石英填料管32用于置放所述混合物；
所述高电压反应腔3内的气压为10毫米的汞柱，放电的电压为300-400V，放电的电容为270-360mF，放电的时间小于2秒，如果放电时间过长超过2秒以上，则进行再次放电操作，直至单次的放电开始至结束的时间不超过2秒为止。
黑磷的转化过程需要真空干燥条件，否则红磷、黄磷在转变过程中容易发生爆炸，造成人员伤害。
电压电容过低时，产生的焦耳热不足以使温度瞬时提高至所需温度，并且电流过低不能有效抑制库仑力的作用；电压电容过高时，易对设备造成不可逆的损伤。
从放电开始到结束的时间为2秒之内，并全程伴随白色闪光，该白色闪光现象表示放电过程中产生了足够黑磷反应的温度，即3000K以上。如果放电时间过长超过2秒以上，则说明放电不正常，需要在相同参数下进行再次放电操作，直到单次的放电开始到结束的时间为2秒之内为止。
在正常情况下，所述混合物的材料阻值为200欧姆以内，可在两秒内完成放电。因此当无法放电或放电时间过长时，则需要按照相同参数调整石英填料管的位置，确保材料与石英填料管的电极充分接触，并再次放电。
如石英填料管内的所述混合物没有压实，导致电阻过大，或者没有与电极充分接触导致产生断路，则需要进行再次放电操作。
发生放电过长的现象，是因为所述混合物中含有的杂质成分过多，导致阻值较大，可通过多次放电使材料得到充分预热，其中的部分反应后阻值降低，最终可达到两秒内完成的快速放电，实现放电加工的效果。
优选的，步骤S4)中，无水乙醇中的所述粗制品的质量浓度为2-10mg/ml；
离心机的转速为500-700r/min，干燥的温度为20℃。
经过实验验证，离心机的转速设置为500-700r/min较合适，如果转速过低或过高，都无法将黑磷与其它物料有效分离。
如果干燥温度过低，则水分无法充分蒸发；如果温度过高，则会导致材料的结构发生变化。
进一步的，本发明还提出了一种生产黑磷纳米颗粒的制备装置，用于实施以上所述的黑磷纳米颗粒的制备方法，包括控制器组1、高压充电电源组2和所述高电压反应腔3；
所述高压充电电源组2包括开关断路器21、高压充电电源22、电容器组23；
所述高电压反应腔3内安装有石英填料管32，所述石英填料管32用于置放所述混合物；
所述石英填料管32的两端均设置有高压放电电极31，两个所述高压放电电极31分别与所述高压充电电源组2的正负电极电连接；
所述控制器组1与所述高压充电电源组2电性连接。
具体的，高压充电电源22为电容器组23充电；控制器组1为搭载有按键封装设备，控制器组1用于控制高压充电电源22，可通过可编程控制器高压充电电源22的启停，并设置充放电的参数值；高压充电电源组2还包括开关断路器21；可通过控制开关断路器21的通断，进而控制充放电电路的通断。
实施高压放电加工的具体操作方法如下：将所述混合物均匀地装入石英填料管32中，并用高压放电电极31夹紧密封后的高电压反应腔3，接通真空泵4对高电压反应腔3抽真空，使高电压反应腔3内部气压达到10毫米汞柱以下；使用可编程控制器组1控制电容器的充放电21切断高电压反应腔3与高压充电电源组2的连接回路，使用可编程控制器组1设定高压充电电源22的电参数预设值，选择电容器组23的电容组合并闭合开关；接通高压充电电源22为电容器组23进行充电；待白炽电灯发出耀眼的光芒后，证明电容器充电完成。充电完成后，使用可编程控制器组1开启控制及开关断路器21接通高电压反应腔3与高压充电电源组2的连接回路，进行高压放电。
经过S2)的预处理后石英填料管32内填充的物料要求需要具有足够的导电性，电阻值应小于100Ω，过高的电阻会导致放电失败，故需要确保填充的物料与高压放电电极31充分接触，以防止出现断路情况，而导致放电失败。
进一步的，所述石英填料管32的内壁设有耐高温涂层，所述耐高温涂层的耐温值大于3000K。
在石英管填料管32的内表面涂敷耐高温涂层，耐高温涂层的耐温值可达3000K以上，因为放电过程中峰值温度达到3000K，且在高温3000K的停留时间只有数毫秒，因此该耐高温涂层可以防止石英管填料管32在峰值温度时熔化。
进一步的，所述高电压反应腔3还连接有真空泵；
所述电容器组23由多组18mF的电容组合而成；所述电容器组23充电时，通过所述控制器组1切断所述高压充电电源组2与所述高压放电电极31的连接。
通过真空泵给高电压反应腔抽真空，使高电压反应腔内的气压达到工艺要求。
电容器组23由多组18mF的电容组合而成，在放电加工过程中可以根据需要选择不同数量的电容连接，进行组合放电。
当电容器组23充电时，通过所述控制器组1切断所述高压充电电源组2与所述高压放电电极31的连接，以保障生产的安全。
实施例1-3
1.各实施例和各对比例的黑磷纳米颗粒按照以下步骤制备：
S1)称取红磷、黄磷粉末，对红磷粉末进行球磨，进行真空干燥，得到红磷粉末；
S2)将所述粉末进行初步处理，初处理为添加导电物质，得到预处理品；
S3)将所述预处理品放入高压放电反应室中，经高压放电加工，得到粗制品黑磷纳米颗粒；
S4)将所述黑磷纳米颗粒粗制品分散在无水乙醇中，注入离心管中，再放入离心机进行离心提纯形成精制品，然后将提纯后的所述精制品放入真空烘箱干燥至恒重，即制得黑磷纳米颗粒。
步骤S1)中，红磷粉末经过球磨，颗粒状粉末应减少；
步骤S1)中，真空干燥的温度为50℃；
步骤S2)中，红磷、黄磷中掺入的导电物质为4-6％；
步骤S2)中，预处理品应在实验前制备，防止发生变质；
步骤S3)中，所述高电压反应腔3内安装有石英填料管32，所述石英填料管32用于置放所述混合物；
所述高电压反应腔3内的气压为10毫米汞柱，放电的电压为300-400V，放电的电容为270-360mF，放电的时间小于2秒，如果放电时间过长超过2秒以上，则进行再次放电操作，直至单次的放电开始至结束的时间不超过2秒为止；
步骤S4)中，无水乙醇中的所述粗制品的质量浓度为2-10mg/ml；离心机的转速为500-700r/min，干燥的温度为20℃。
2.实施以上制备方法的制备装置包括控制器组1、高压充电电源组2和所述高电压反应腔3；
所述高压充电电源组2包括开关断路器21、高压充电电源22、电容器组23；
所述高电压反应腔3内安装有石英填料管32，所述石英填料管用于置放所述混合物；
所述石英填料管32的两端均设置有高压放电电极31，两个所述高压放电电极31分别与所述高压充电电源组2的正负电极连接；
所述可编程控制器组1包括远程控制器，所述控制器组1与所述高压充电电源组2电性连接。
所述石英填料管的内壁设有耐高温涂层，所述耐高温涂层的耐温值大于3000K；
所述高电压反应腔还连接有真空泵；所述电容器组23由多组18mF的电容组合而成；所述电容器组23充电时，通过所述控制器组1切断所述高压充电电源组2与所述高压放电电极31的连接。
3.各实施例的原料成分和比例、工艺参数详见表1。
综上所述，本发明的所述黑磷纳米颗粒的制备方法，以红磷、黄磷为原材料，制成黑磷纳米颗粒最佳实验参数为红磷、黄磷粉末100目，干燥温度50℃，导电物质占比5％，气压为10毫米汞柱，放电电压为400V，放电电容为360mF，离心机的转速为500r/min，干燥温度为15℃。
本发明针对配方材料实施精准的放电加工，放电过程中，原材料在毫秒级的时间单位内转为黑磷纳米颗粒，具有成本低和稳定性高的特点，并且工艺简单，无二次污染，生产效率高，放电时间短，可在较短的生产周期内制得大批量的产品。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理；而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释；本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式；这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)称取红磷、黄磷粉末，对红磷粉末进行球磨，进行真空干燥，得到红磷粉末；
S2)将所述粉末进行初步处理，初处理为添加导电物质，得到预处理品；
S3)将所述预处理品放入高压放电反应室中，经高压放电加工，得到粗制品黑磷纳米颗粒；
S4)将所述黑磷纳米颗粒粗制品分散在无水乙醇中，注入离心管中，再放入离心机进行离心提纯形成精制品，然后将提纯后的所述精制品放入真空烘箱干燥至恒重，即制得黑磷纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的方法，其特征在于，步骤S1)中，红磷粉末的干燥温度为50℃。
3.根据权利要求1所述的闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的方法，其特征在于，步骤S2)中，红磷、黄磷粉末的初处理为添加导电物质，导电物质为黑磷、磷烯、黑磷导电聚合物。
4.根据权利要求1所述的闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的方法，其特征在于，步骤S2)中，添加的导电物质与红磷、黄磷粉末混合体的电阻应小于100Ω。
5.根据权利要求1所述的闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的方法，其特征在于，步骤S3)中，所述高电压反应腔内安装有石英填料管，所述石英填料管用于置放所述混合物；所述高电压反应腔内的气压为小于10毫米汞柱，放电的电压为300-400V，放电的电容为270-360mF，放电的时间小于2秒，如果放电时间过长超过2秒以上，则进行再次放电操作，直至单次的放电开始至结束的时间不超过2秒为止。
6.根据权利要求1所述的闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的方法，其特征在于，步骤S4)中，无水乙醇中的所述粗制品的质量浓度为2-10mg/ml。
7.根据权利要求1所述的闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的方法，其特征在于，步骤S4)中，离心机的转速为500-700r/min，干燥的温度为20℃。
8.一种闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的装置，其特征在于，用于实施权利要求1-7任一所述的闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的制备方法，包括控制器组、高压充电电源组和所述高电压反应腔；所述高压充电电源组包括开关断路器、高压充电电源、电容器组；所述高电压反应腔内安装有石英填料管，所述石英填料管用于置放所述颗粒；所述石英填料管的两端均设置有高压放电电极，两个所述高压放电电极分别与所述高压充电电源组的正负电极电连接；所述控制器组与所述高压充电电源组电性连接，所述控制器组设有可编程控制器。
9.根据权利要求8所述的生产闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的装置，其特征在于，所述石英填料管的内壁设有耐高温涂层，所述耐高温涂层的耐温值大于3000K。
10.根据权利要求8所述的生产闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的装置，其特征在于，所述石英填料管中应针对不同克数的红磷、黄磷粉末容器，设计不同的高压放电电极。
11.根据权利要求8所述的生产闪蒸技术制备黑磷纳米颗粒的装置，其特征在于，所述高电压反应腔还连接有真空泵；所述电容器组由多组18mF的电容组合而成；所述电容器组充电时，通过所述控制器组切断所述高压充电电源组与所述高压放电电极的连接。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009184861A (ja) * | 2008-02-05 | 2009-08-20 | Seoul National Univ Industry Foundation | 黒燐及び黒燐炭素複合体の製造方法、製造された黒燐及び黒燐炭素複合体及びそれを含むリチウム二次電池とその使用方法 |
| US20190382268A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Black P2 (USA) INC. | Method for Producing Black Phosphorus |
| CN111943154A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-17 | 昆明理工大学 | 一种纳米黑磷的制备方法 |
| CN113165880A (zh) * | 2018-09-05 | 2021-07-23 | 威廉马什赖斯大学 | 闪蒸焦耳加热合成方法及其组合物 |
| CN113846341A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-28 | 广东工业大学 | 黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法及其制备装置 |
-
2022
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009184861A (ja) * | 2008-02-05 | 2009-08-20 | Seoul National Univ Industry Foundation | 黒燐及び黒燐炭素複合体の製造方法、製造された黒燐及び黒燐炭素複合体及びそれを含むリチウム二次電池とその使用方法 |
| US20190382268A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Black P2 (USA) INC. | Method for Producing Black Phosphorus |
| CN113165880A (zh) * | 2018-09-05 | 2021-07-23 | 威廉马什赖斯大学 | 闪蒸焦耳加热合成方法及其组合物 |
| CN111943154A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-17 | 昆明理工大学 | 一种纳米黑磷的制备方法 |
| CN113846341A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-28 | 广东工业大学 | 黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法及其制备装置 |
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