CN114873581A

CN114873581A - 一种精准制备单层或一定层数少层石墨炔的方法

Info

Publication number: CN114873581A
Application number: CN202210791422.XA
Authority: CN
Inventors: 沈兴海; 熊世杰; 张雨晨
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2022-07-07
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2042-07-07
Also published as: CN114873581B

Abstract

本发明公开了一种精准制备单层或一定层数少层石墨炔的方法，以衬底负载的少层石墨炔为初始材料，利用低价铀对其进行还原刻蚀，即将其在隔绝水、氧气以及氮气的条件下浸泡在一定体积和浓度的低价铀溶液中一段时间，之后将材料取出，清洗掉材料上的低价铀，获得单层或一定层数的少层石墨炔。本发明方法通过调节低价铀刻蚀溶液的浓度、溶液体积、刻蚀时间、刻蚀温度以及刻蚀方式等因素，实现了单层或指定层数少层石墨炔的精准制备。该方法通过低价铀还原性刻蚀手段得到了层数均一的单层或少层石墨炔，避免了不同层数石墨炔混合物的生成，相对于现有技术，可以得到纯度较高的单层或指定层数的少层石墨炔产物。

Description

一种精准制备单层或一定层数少层石墨炔的方法

技术领域

本发明属于碳材料制备技术领域，特别涉及一种通过低价铀还原刻蚀精准制备单层或一定层数少层石墨炔的方法。

背景技术

石墨炔是一种由sp杂化的碳原子以及sp²杂化的碳原子构成的新型的碳单质二维材料，在电池领域（C.S. Huang, Y.J. Li, N. Wang, Y.R. Xue, Z.C. Zuo, H.B. Liu,Y.L. Li. Progress in Research into 2D Graphdiyne-Based Materials [J]. Chem.Rev. 2018, 118, 7744-7803），催化领域(R.J. Liu, H.B. Liu, Y.L. Li, Y.P. Yi,X.K. Shen, S.S. Zhang, X.L. Yu, S.J. Zhang, H.B. Cao, G.J. Zhang. Nitrogen-doped graphdiyne as a metal-free catalyst for high-performance oxygenreduction reactions [J]. Nanoscale 2014, 6, 11336-11343)，磁学领域（M.J. Zhang,X.X. Wang, H.J. Sun, N. Wang, Q. Lv, W.W. Cui, Y.Z. Long, C.S. Huang.Enhanced paramagnetism of mesoscopic graphdiyne by doping with nitrogen [J].Sci Rep, 2017, 7: 11535）以及放射化学领域(T.Y. Yuan, S.J. Xiong, X.H. Shen.Coordination of Actinide Single Ions to Deformed Graphdiyne: Strategy onEssential Separation Processes in Nuclear Fuel Cycle [J]. Angew. Chem. Int.Ed. 2020, 59, 17719-17725)等都有着潜在的应用价值。石墨炔的合成通常需要诸如固液界面、液液界面、气固界面等两相界面作为支撑生长模板。一般而言，基于固液界面的传统石墨炔合成方法往往会得到微米厚度的石墨炔薄膜（G.X. Li, Y.L. Li, H.B. Liu, Y.B.Guo, Y.J. Li, D.B. Zhu. Architecture of graphdiyne nanoscale films [J].Chem.Commun. (Camb), 2010, 46: 3256-3258）。其合成过程中难以控制具有催化活性的铜配合物离子的浓度分布，因此得到的石墨炔在厚度、结晶度以及无序性等方面均存在着一定的随机性（R. Liu, X. Gao, J.Y. Zhou, H. Xu, Z.Z. Li, S.Q. Zhang, Z.Q. Xie, J.Zhang, Z.F. Liu. Chemical vapor deposition growth of linked carbonmmonolayers with acetylenic scaffoldings on silver foil [J]. Adv. Mater.,2017, 29: 1604665）。

二维材料的厚度、结晶度以及无序性对其应用有着直接的影响，因此精准可控制备形貌规整的少层石墨炔（指层数不超过十层、厚度在3 nm以内的石墨炔）受到广泛关注。少层石墨炔因其本身具有较大的间接带隙（C. Yin, J.Q. Li, T.R. Li, Y. Yu, Y.Kong, P. Gao, H.L. Peng, L.M. Tong, J. Zhang. Catalyst-Free Synthesis of Few-Layer Graphdiyne Using a Microwave-Induced Temperature Gradient at a Solid/Liquid Interface [J]. Adv. Funct. Mater., 2020, 30: 2001396）而成为研究热点。少层石墨炔基于其较大的固有带隙（1.7-2.3 eV）可作为性能优异的电学材料，在场效应管（C. Yin, J.Q. Li, T.R. Li, Y. Yu, Y. Kong, P. Gao, H.L. Peng, L.M. Tong, J.Zhang. Catalyst-Free Synthesis of Few-Layer Graphdiyne Using a Microwave-Induced Temperature Gradient at a Solid/Liquid Interface [J]. Adv. Funct.Mater., 2020, 30: 2001396），电极材料（C. Yin, M. Zhu, Y. Kong, Q. Wang, H.H.Zhou, L.M. Qi, L.M. Tong, J. Zhang. Rapid synthesis of few-layer graphdiyneusing radio frequency heating and its application for dendrite-free zincanodes [J]. 2D Mater., 2021, 8: 044003）等领域具有重要的应用前景。目前合成少层石墨炔的方法主要有化学气相沉积法（R. Liu, X. Gao, J.Y. Zhou, H. Xu, Z.Z. Li,S.Q. Zhang, Z.Q. Xie, J. Zhang, Z.F. Liu. Chemical vapor deposition growth oflinked carbon mmonolayers with acetylenic scaffoldings on silver foil [J].Adv. Mater., 2017, 29: 1604665），微米晶-溶液固液界面合成法C. Yin, J.Q. Li,T.R. Li, Y. Yu, Y. Kong, P. Gao, H.L. Peng, L.M. Tong, J. Zhang. Catalyst-Free Synthesis of Few-Layer Graphdiyne Using a Microwave-Induced TemperatureGradient at a Solid/Liquid Interface [J]. Adv. Funct. Mater., 2020, 30:2001396），射频加热温度梯度法（C. Yin, M. Zhu, Y. Kong, Q. Wang, H.H. Zhou, L.M.Qi, L.M. Tong, J. Zhang. Rapid synthesis of few-layer graphdiyne using radiofrequency heating and its application for dendrite-free zinc anodes [J]. 2DMater., 2021, 8: 044003）以及双电层控制合成法（J.Q. Li, Z.C. Zhang, Y. Kong,B.W. Yao, C. Yin, L.M. Tong, X.D. Chen, T.B. Lu, J. Zhang. Synthesis ofwafer-scale ultrathin graphdiyne for ﬂexible optoelectronic memory with over256 storage levels [J]. Chem, 2022, 7: 1284-1296）。据文献报道，采用微米晶-溶液固液界面合成法、射频加热温度梯度法以及双电层控制合成法等，可以得到3-5层厚度的石墨炔。这些方法主要通过对石墨炔合成前体的总量和反应溶液的浓度进行控制，将合成前体限定在一个较低的浓度范围内而直接形成少层石墨炔。但这种“自下而上”的石墨炔形成过程中，合成前体具有较高的活性，同时受到生长衬底的化学作用的影响，导致最终形成的石墨炔厚度一般停留在3-5层，而且更精细的层数控制也较难实现。

理论计算表明，单层石墨炔具有最大的本征带隙（2.3 eV），作为催化剂和光电材料等载体以及半导体材料时具有显著的优势。目前可以通过对体相石墨炔进行液相剥离得到单层石墨炔和其它少层石墨炔的混合产物（H.L. Yan, P. Yu, G.C. Han, Q.H. Zhang,L. Gu, Y.P. Yi, H.B. Liu, Y.L. Li, L.Q. Mao. High-Yield and Damage-freeExfoliation of Layered Graphdiyne in Aqueous Phase. Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58: 746-750.）。但是基于该方法得到的石墨炔碎片混合物难以分离，并且石墨炔的厚度分布较为随机，难以可控得到可分离的单层石墨炔以及指定层数的少层石墨炔。除此之外，以目前的“自下而上”合成方法均无法得到结构明确的单层石墨炔。因此，单层石墨炔的制备仍然具有极大的挑战性并备受关注。与石墨烯领域相比，石墨炔领域的基础研究和应用开发均有待进一步深入。制约石墨炔领域发展的首先是制备方法。显然，石墨炔层数的精细控制仍然是一个富有挑战的研究方向，而单层石墨炔的制备更具有里程碑意义。

发明内容

本发明针对少层石墨炔难以精准控制具体层数的问题，通过对低价铀还原刻蚀方法的精确控制，可得到单层或具有特定层数的少层石墨炔。

除了上文提到的“自下而上”的少层二维材料合成方法和液相剥离方法外，刻蚀剥离是二维材料制备的另一种方式。石墨炔的双炔键是不饱和键，易被氧化，因而通过氧化刻蚀剥离的手段难以控制剥离反应进行的程度。此外，氧化刻蚀剥离还会使得石墨炔产生不完全氧化的副产物。因此，本发明采用还原性剥离手段以控制剥离程度和石墨炔的规整度。由于石墨炔具有大共轭结构，只有足够量的还原性试剂才能破坏层内大共轭结构实现整层还原刻蚀。而低价铀与双炔键具有良好的结合能力，可以使双炔键变形进行环金属化。同时，低价铀具有较强的还原性，与碳元素的共价结合能力很强，在低含量下表面吸附的低价铀可以一定程度上保护石墨炔使其不被氧化或者进一步还原。因此，低价铀是一种理想的石墨炔还原刻蚀试剂，可以通过对低价铀溶液浓度、体积以及刻蚀时间的控制实现对石墨炔进行精准的还原刻蚀。

本发明提供的利用低价铀还原刻蚀精准制备单层或一定层数少层石墨炔的方法，具体是：以衬底负载的少层石墨炔为初始材料，将其在隔绝水、氧气以及氮气的条件下浸泡在一定体积和浓度的低价铀溶液中一段时间，之后将材料取出，清洗掉材料上的低价铀，获得相应的单层或一定层数的少层石墨炔材料。

在本发明的方法中，初始的少层石墨炔材料可以通过现有的多种合成方法获得，本发明优选厚度十层以内的石墨炔材料的合成方法为超临界二氧化碳合成法（该合成方法已另申请专利）。所述超临界二氧化碳合成法是在超临界反应装置中放入用于生长少层石墨炔的基底（例如铜箔），以及含过渡金属配合物催化剂或相应配位剂的溶液，然后通入超临界二氧化碳达到所需压强，接着泵入含有六乙炔基苯的溶液，在一定温度和压强下进行避光反应，得到附着在基底上的少层石墨炔。其中，所述基底优选为铜箔、银箔、金箔、铁箔、钴箔、镍箔、钯衬底、铂衬底、铱衬底等过渡金属基底；超临界二氧化碳的压强范围为100~200大气压，反应温度控制在40-60℃。

因为低价铀对水氧以及氮气十分敏感，因此本发明的精准制备单层或一定层数少层石墨炔的方法优选在氩气手套箱中进行，实现隔绝水、氧气以及氮气的条件。

在本发明的方法中，根据不同的需求可以调整低价铀溶液的配比、浓度和体积。在本发明的方法中，低价铀溶液是指含有三价铀和/或四价铀的有机溶液，可以是三价铀的四氢呋喃溶液，也可以是三价铀和四价铀的四氢呋喃混合溶液，还可以是三价铀的四氢呋喃溶液和四价铀的乙醚溶液的混合溶液。在本发明的方法中，优选的低价铀溶液为三价铀的四氢呋喃溶液，例如三碘化铀的四氢呋喃溶液。

低价铀溶液的浓度和体积以及被刻蚀的材料的面积是控制低价铀还原刻蚀得到具体层数少层石墨炔的关键。一般的，低价铀溶液的浓度为10~100 ppm，对于面积在0.25~1cm²的少层石墨炔初始材料，低价铀溶液的体积在0.5~2 mL。在本发明的实施例中，选择刻蚀的负载少层石墨炔的铜箔尺寸在5 mm×5 mm至1 cm×1 cm之间。针对于初始层数为十层的少层石墨炔而言，优选的通过低价铀还原刻蚀得到单层石墨炔的低价铀溶液浓度在50-100 ppm之间，低价铀溶液的体积在1-2 mL之间。对于不同尺寸的初始石墨炔材料和不同尺寸形状的反应容器而言，低价铀溶液的浓度和体积可以做出相应的调整，只需要保持低价铀的含量基本不变，对于0.25 cm²的初始层数为十层的少层石墨炔而言低价铀的含量在0.088~0.097 g，例如可以使用2 mL的50-55 ppm浓度的低价铀的溶液。对于初始层数不同的少层石墨炔材料，相应的低价铀溶液的浓度和体积可以进行相应的改变，例如对于厚度为三层的初始石墨炔材料，通过低价铀还原刻蚀得到单层石墨炔的低价铀溶液浓度优选在10~30 ppm之间。

在本发明的方法中，低价铀的刻蚀时间在12-24小时。针对本发明实施例选择的铜箔负载的少层石墨炔材料，优选的刻蚀时间为12小时，而对于不同尺寸和不同初始厚度的少层石墨炔材料，可以适当延长或者缩短刻蚀时间。刻蚀方式可以是静置，也可以是超声。刻蚀温度范围在10-40℃，优选的是室温下静置。

在本发明的方法中，低价铀刻蚀完的少层石墨炔材料需要使用有机溶剂清洗掉负载的低价铀才能得到单层或少层石墨炔。具体的清洗方法可以是：先使用甲醇、乙醇和/或异丙醇等酸性很弱的有机质子溶剂进行清洗，再使用丙酮、四氢呋喃和/或二氯甲烷等有机极性溶剂进行清洗，可以采用浸泡、流动清洗和/或超声清洗等操作方法。

本发明采用低价铀还原刻蚀方法，通过调节低价铀刻蚀溶液的浓度、溶液体积、刻蚀时间、刻蚀温度以及刻蚀方式等因素，实现了单层或指定层数少层石墨炔的精准制备。该方法通过低价铀还原性刻蚀手段得到了层数均一的单层或少层石墨炔，避免了不同层数石墨炔混合物的生成，相对于现有技术，可以得到纯度较高的单层或指定层数的少层石墨炔产物。

附图说明

图1是实施例一中初始厚度为十层的少层石墨炔在刻蚀前的拉曼光谱（a），以及该石墨炔在2 mL的52.5 ppm三碘化铀四氢呋喃溶液刻蚀12小时后得到的两层石墨炔的拉曼光谱（b）。

图2是实施例一中初始厚度为十层的少层石墨炔在刻蚀前的碳元素XPS谱（a），以及该石墨炔在2 mL的52.5 ppm三碘化铀四氢呋喃溶液刻蚀12小时后得到的两层的石墨炔的碳元素XPS谱（b）。

图3是实施例一中2 mL的52.5 ppm三碘化铀四氢呋喃溶液刻蚀12小时后得到的两层石墨炔的AFM表面形貌图（a）及厚度表征（b）。

图4是实施例一中2 mL的52.5 ppm三碘化铀四氢呋喃溶液刻蚀12小时后得到的两层石墨炔和实施例二中2 mL的52 ppm三碘化铀四氢呋喃溶液刻蚀12小时后得到的四层石墨炔的拉曼光谱对比图。

图5是实施例三中初始厚度为三层的石墨炔在2 mL的17.5 ppm三碘化铀四氢呋喃溶液刻蚀12小时后得到的单层石墨炔的拉曼光谱图。

图6是实施例三中初始厚度为三层的石墨炔在2 mL的17.5 ppm三碘化铀四氢呋喃溶液刻蚀12小时后得到的单层石墨炔的AFM表面形貌图（a）及厚度表征（b）。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但不以任何方式限制本发明的范围。

实施例一

（一）材料与方法

1. 实验材料

少层石墨炔材料，通过超临界二氧化碳反应体系合成（该合成方法已另申请专利）。贫铀购买自北京树诚公司。碘单质购买自北京伊诺凯科技有限公司，纯度99.999%。超干二氧六环购于北京伊诺凯科技有限公司，水氧含量低于50 ppm。四氢呋喃购于北京伊诺凯科技有限公司，还进一步经过溶剂净化以及分子筛和金属钠的水氧去除处理。

2. 实验仪器

石墨炔初始材料合成实验在超临界流体萃取仪（100 mL，SEPAREX，法国）中进行。拉曼光谱使用赛默飞士尔（美国）生产的DXRxi型显微拉曼成像光谱仪来检测。X射线光电子能谱（XPS）在ESCALAB250Xi光谱仪上用Al-K_α射线（λ=1.3371Å）进行检测和数据收集。表面形貌图及厚度表征在布鲁克公司（美国）生产的Dimension FastscanBio型原子力显微镜（AFM）上测量。

3. 三价铀溶液的制备

将贫铀屑和碘单质按照1:1.35的投料比（质量比）在超干二氧六环中室温下剧烈搅拌18小时即可得到深色固体。用乙醚对该深色固体进行清洗，洗去其余杂质，之后可以得到蓝紫色固体。该蓝紫色固体是三碘化铀和二氧六环形成的配合物，可以在隔绝水氧的环境中低温保存。将该蓝紫色固体溶解在已经经过水氧去除的四氢呋喃中即可得到三碘化铀的四氢呋喃溶液。可以用于进行少层石墨炔的还原刻蚀。由于三价铀的反应活性很高，因此三碘化铀的四氢呋喃溶液需要现用现制。

4. 三价铀还原刻蚀获得两层石墨炔

将在铜箔上合成的石墨炔初始材料裁剪成5 mm×5 mm尺寸，将其放入20 mL试剂瓶中，在氩气手套箱中向试剂瓶中加2 mL的52.5 ppm的三碘化铀的四氢呋喃溶液，放置12小时，之后将三价铀还原刻蚀的石墨炔材料取出，用乙醇和丙酮分别超声清洗2分钟，得到刻蚀后的材料。

5. 铜箔上两层石墨炔的表征

对刻蚀前后的少层石墨炔分别进行拉曼光谱测试，在532 nm波长的激光照射下观测其拉曼位移是否具有二炔键的特征峰，从而确定铜箔上是否存在少层石墨炔以及石墨炔的部分结构信息。对刻蚀前后的少层石墨炔进行XPS的检测，对C 1s进行分峰拟合得到谱图。从C 1s 的谱图峰形进一步确定石墨炔的结构特征，通过sp杂化的碳原子和sp²杂化的碳原子峰面积比值确定石墨炔的结晶度。原子力显微镜可以确认其具体厚度。

（二）结果

1. 少层石墨炔初始材料的表征

将超临界二氧化碳反应生成的铜箔上石墨炔进行拉曼光谱测量，在532 nm波长的激光照射下进行测量拉曼光谱，具体谱图如图1中（a）所示。从图1中（a）可以看出位于1275cm⁻¹（D带），对应石墨炔中苯环上的呼吸振动峰，1509 cm⁻¹（G带）对应sp²原子的面内拉伸振动的E2g模式的一阶散射。还有1377 cm⁻¹对应的少层碳材料的层间裂分峰。从图1中（a）可以看出在1917 cm⁻¹和2170 cm⁻¹有两个明显的双炔键的特征峰，这意味着铜箔上负载有石墨炔。所有的拉曼吸收峰都十分的尖锐锋利，这意味着铜箔上的石墨炔具有明显的拉曼表面增强效应，说明铜箔上的石墨炔的层数较少，受到铜衬底的拉曼表面增强效应更为明显。

将超临界二氧化碳反应生成的铜箔上石墨炔进行X射线光电子能谱测量，得到了铜箔表面的石墨炔的碳元素的能谱，具体谱图如图2中（a）所示。从图2中（a）可以看出铜箔上具有碳元素，在284.4 eV处的峰是sp²杂化碳原子的峰，在285.2 eV处出现的峰是sp杂化的碳原子的峰，在288.3 eV处的微弱的峰是碳氧双键的峰。从图2中（a）可以看出，除了少部分被氧化外，剩余的碳原子基本是sp杂化和sp²杂化的碳原子，其峰面积比值在1.94，十分接近2，这说明在铜箔上生成的是石墨炔，厚度在10层左右。

2. 三价铀还原刻蚀后的两层石墨炔的表征

将2 mL浓度为52.5 ppm的三碘化铀四氢呋喃溶液还原刻蚀后的少层石墨炔进行拉曼光谱检测，谱图如图1中（b）所示，1457 cm⁻¹（D带）处对应石墨炔中苯环上的呼吸振动峰，1558 cm⁻¹（G带）对应sp²原子的面内拉伸振动的E2g模式的一阶散射，以上两个峰都是典型的石墨炔中苯环的振动峰，1928 cm⁻¹和2174 cm⁻¹对应共轭双炔键的伸缩振动峰，证明了仍然有石墨炔在铜箔上，对比三价铀还原刻蚀前后的石墨炔的拉曼信号强度（图1）可以发现刻蚀后的石墨炔的拉曼信号大幅度降低，这意味着石墨炔的层数减少。经过三价铀还原刻蚀的石墨炔的拉曼信号为之前的信号的五分之一，其层数大约为原有层数的五分之一。

将三价铀还原刻蚀后的少层石墨炔进行XPS的检测，对碳原子的1s进行分峰拟合得到谱图如图2中（b）所示，碳原子的1s轨道由三种峰组成，284.5 eV处对应为石墨炔苯环上的sp²杂化的碳原子，285.1 eV处对应石墨炔中sp杂化的碳原子，在288.5 eV处的微弱的峰是碳氧双键的峰。碳原子的1s轨道的三种峰值符合石墨炔的特征，XPS谱图进一步证实了少层石墨炔的存在。图中sp杂化的碳原子sp²杂化的碳原子峰面积之比为1.87，这是因为石墨炔在刻蚀过程中不可避免的会存在缺陷，也就是局部的结构变形，这也是碳元素峰面积比偏离理论值的主要原因之一。从图2中（b）可以看出刻蚀后的少层石墨炔材料碳元素的信号强度以及峰面积比图2中（a）低了很多，这也证明了石墨炔的层数变少。

对三价铀还原刻蚀后的少层石墨炔进行原子力显微镜（AFM）测试。结果如图3所示，从AFM图中测试可以观察到三价铀还原刻蚀后的少层石墨炔在除去边缘的卷曲因素导致的厚度骤然升高之外，其厚度基本在0.8 nm附近。去除仪器测量误差，这是一个两层石墨炔的厚度。

实施例二

将三碘化铀四氢呋喃溶液的浓度改为52 ppm，其余条件与实施例一相同，获得了相应的四层石墨炔材料，该实施例中四层石墨炔和实施例一中的两层石墨炔类似。该实施例中的XPS表征和实施例一中基本一致，拉曼光谱的信号（图4）与实施例一在峰位置上基本一致，但是信号强度高了一些，应该是其具体层数比实施例一中多一些，通过拉曼光谱判断为四层。

实施例三

将三碘化铀四氢呋喃溶液的浓度改为17.5 ppm，在石墨炔超临界合成步骤中将前体材料浓度降为0.3 mg/mL，石墨炔初始材料的厚度变为实施例一中的石墨炔初始材料厚度的三分之一左右，即厚度为三层。其余条件与实施例一相同，获得了相应的单层石墨炔材料，本实施例中的单层石墨炔和实施例一中的两层石墨炔类似。本实施例中的XPS表征和实施例一中基本一致，拉曼光谱的信号与实施例一在峰位置上基本一致（图5），但是相比图1中（a）信号强度低了一些，应该是其具体层数比实施例一中少一些。通过AFM测试可以发现，除去边缘卷曲导致的高度升高以外，该材料的厚度在0.4 nm左右，去除仪器测量误差，该材料是单层石墨炔（图6）。

可见，本发明的低价铀还原刻蚀方法精准地得到了铜箔上的单层或少层石墨炔，通过低价铀的浓度和溶液体积控制进行少层石墨炔层数的精准控制。因此该方法通过调节低价铀刻蚀溶液的浓度、溶液体积、刻蚀时间、刻蚀温度以及刻蚀方式等因素，进而实现单层或少层石墨炔的精准合成。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，本领域的技术人员应当理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims

1.一种精准制备单层或一定层数少层石墨炔的方法，其特征在于，以衬底负载的少层石墨炔为初始材料，利用低价铀对其进行还原刻蚀，即将其在隔绝水、氧气以及氮气的条件下浸泡在一定体积和浓度的低价铀溶液中一段时间，之后将材料取出，清洗掉材料上的低价铀，获得单层或一定层数的少层石墨炔。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，浸泡操作在氩气手套箱中进行，以实现隔绝水、氧气以及氮气的条件。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低价铀溶液是指含三价铀和/或四价铀的有机溶液。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述低价铀溶液选自：三价铀的四氢呋喃溶液，三价铀和四价铀的四氢呋喃混合溶液，三价铀的四氢呋喃溶液和四价铀的乙醚溶液的混合溶液。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述低价铀溶液是三碘化铀的四氢呋喃溶液。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低价铀溶液的浓度为10~100 ppm，对于面积在0.25~1 cm²的少层石墨炔初始材料，低价铀溶液的体积在0.5~2 mL。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，浸泡时间为12~24 小时，温度为10~40℃。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将少层石墨炔初始材料浸泡在低价铀溶液中，通过静置或超声的方式实现刻蚀。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将材料从低价铀溶液中取出后使用有机溶剂清洗掉负载的低价铀，清洗操作采用浸泡、流动清洗和/或超声清洗的方式。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，清洗材料时先使用有机质子溶剂进行清洗，再使用有机极性溶剂进行清洗。