CN105668530A - 一种二维纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种二维纳米材料的制备方法，其包括如下步骤：将一定量具有层状结构的材料与氯化锂和氯化铝颗粒混合，然后通过多次的升温后保温及降温后保温使得混合盐在一定条件下反复融化及凝固，在此过程中具有层状结构的材料不断***层和剥离，最后样品经过洗涤分离干燥处理，得到二维纳米材料。本发明的制备方法成本低廉，工艺简单，不需要复杂设备，且绿色环保；由于本发明是物理法剥离，所以制备得到的样品具有完好的结晶性，适合科研应用及工业化生产。

Description

一种二维纳米材料的制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种二维纳米材料的制备方法。
背景技术
石墨烯(Graphene)是具有蜂窝状原子结构和单层原子厚度的二维碳材料。它的发现不仅打破了长久以来二维晶体无法在自然界中稳定存在的预言，其自身的优异性质也使得石墨烯在基础和应用研究中都极具潜力。到目前为止，已有上百种二维材料被人们发现，这包括了第四主族单质，第三和第五主族构成的二元化合物，金属硫族化合物，复合氧化物，等等。这类材料由厚度仅为数个原子的二维单层堆积而成，层与层之间为范德瓦耳斯作用。在人们的传统观念中，当这类层状材料的层数逐渐减少直至单层的过程中，其电子结构和物理性质往往发生很大的改变，比如带隙宽度显著增大，间接带隙向直接带隙转变，以及晶格振动能的改变等等。尤其是狄拉克锥(Diraccone)的存在赋予了石墨烯许多新奇的物理现象和电子性质，例如半整数、分数和分形量子霍尔效应，超高迁移率等。
但现在制备这些二维材料的方法困难，手段有限，多是实验室级别的毫克量级，离实验室应用试验或者生产还有很遥远的距离。因此开发一种便捷、环保、普适的制备手段不仅对生产，也对科学研究尤为重要，本发明由此而来。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种便捷、环保、普适的便捷、环保、普适的二维纳米材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种二维纳米材料的制备方法，(1)将一定量具有层状结构的材料与氯化锂和氯化铝颗粒混合，
(2)然后通过多次的升温后保温及降温后保温使得氯化锂和氯化铝的混合盐在一定气氛下反复融化及凝固，在此过程中具有层状结构的材料不断***层和剥离，
(3)最后样品经过洗涤分离干燥处理，得到二维纳米材料。
所述的一定量具有层状结构的材料占氯化锂和氯化铝颗粒的混合盐质量比例为0.5％～10％，优选质量比例为0.5％～5％。
所述的具有层状结构的材料是指石墨，氧化石墨，膨胀石墨，六方氮化硼，二硫化钼，二硫化钨，二硫化铼，黑磷，第四主族单质，第三和第五主族构成的二元化合物，金属硫化物，层状锰酸锂，层状钴酸锂层状材料及以上述为主体材料的掺杂改性材料。
所述氯化锂和氯化铝的摩尔比例为1:0.9～1.1。
所述步骤(1)中的混合是指研磨、搅拌、震荡、摇晃方式。
所述步骤(2)中的多次是指5～100次，优选20～50次。
所述步骤(2)中的升温后保温是指升温到144℃～200℃开始保温，升温速率为0.1～100℃/s，保温时间为1～60分钟，优选升温到144℃～180℃开始保温，优选升温速率为1～10℃/s，优选保温时间为10～30分钟。
所述步骤(2)中的降温后保温是指降温到-60℃～140℃开始保温，降温速率为0.1～100℃/s，保温时间为1～60分钟；优选降温到0℃～80℃开始保温，优选降温速率为1～10℃/s，优选保温时间为10～30分钟。
所述的气氛选自真空，空气，氧气，氢气，氮气，惰性气体，氧化性气体，还原性气体，酸性气体，碱性气体中的一种或几种，优选气氛为空气、氢气、氮气的一种或几种；相对压力为0～10MPa。
本发明的第二方面提供一种上述方法制备得到的二维纳米材料。
所述的二维纳米材料为层数为1～20层，厚度为0～10nm。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明是将常见低成本惰性盐利用低共熔点熔融后得到离子液体，锂离子，铝离子，氯离子都具有较小的离子半径，容易进入层状结构材料的层与层之间形成插层，之后通过降温使熔融盐结晶凝固，插层中的离子结晶生长从而将层间距撑大，反复重复这一过程使得层间距不断撑大，最终将层状材料完全剥离，并通过洗涤等处理得到二维纳米材料。本发明的制备方法工艺简单，操作容易，成本低廉，不需要复杂设备，且绿色环保；因为本发明方法是物理法剥离，所以制备得到的二维纳米材料具有完好的结晶性，适合科研应用及工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的石墨烯纳米片的扫描电镜图。
图2位本发明实施例3所制备的六方氮化硼纳米片的扫描电镜图。
具体实施方式：
为进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明优选方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
将5g石墨片通过研磨与100g氯化锂和氯化铝粉末(摩尔比1:1)混合，混合后的样品在空气常压下以1℃/s的升温速率加热至200℃并保温600秒使混合物熔融，之后以1℃/s的降温速率降温至80℃并保温1200秒使混合物凝固，重复这个熔融凝固过程50次后，通过洗涤分离干燥过程，从而得到3nm厚的石墨烯纳米片，如图1所示。
实施例2
将0.1g黑磷通过搅拌与100g氯化锂和氯化铝粉末(摩尔比1:1)混合，混合后的样品在真空下以80℃/s的升温速率加热至180℃并保温600秒使混合物熔融，之后以1℃/s的降温速率降温至100℃并保温600秒使混合物凝固，重复这个熔融凝固过程20次后，通过洗涤分离干燥过程，从而得到黑磷纳米片。
实施例3
将2g六方氮化硼通过震荡与100g氯化锂和氯化铝粉末(摩尔比1:1)混合，混合后的样品在空气常压下以10℃/s的升温速率加热至160℃并保温3000秒使混合物熔融，之后以10℃/s的降温速率降温至20℃并保温3000秒使混合物凝固，重复这个熔融凝固过程20次后，通过洗涤分离干燥过程，从而得到5nm厚的六方氮化硼纳米片，如图2所示。
实施例4
将1g二硫化钼通过震荡与100g氯化锂和氯化铝粉末(摩尔比1:1)混合，混合后的样品在氮气保护下以5℃/s的升温速率加热至160℃并保温1800秒使混合物熔融，之后以5℃/s的降温速率降温至50℃并保温1800秒使混合物凝固，重复这个熔融凝固过程20次后，通过洗涤分离干燥过程，从而得到二硫化钼纳米片。
实施例5
将0.5g二硫化钨通过震荡与100g氯化锂和氯化铝粉末(摩尔比1:1)混合，混合后的样品在还原气氛(5％氢气氮气混合器)保护下以5℃/s的升温速率加热至160℃并保温1800秒使混合物熔融，之后以5℃/s的降温速率降温至50℃并保温1800秒使混合物凝固，重复这个熔融凝固过程20次后，通过洗涤分离干燥过程，从而得到二硫化钨纳米片。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种二维纳米材料的制备方法，其特征在于，其方法包括如下步骤：
(1)将一定量具有层状结构的材料与氯化锂和氯化铝颗粒混合，
(2)然后通过多次的升温后保温及降温后保温使得氯化锂和氯化铝的混合盐在一定气氛下反复融化及凝固，在此过程中具有层状结构的材料不断***层和剥离，
(3)最后样品经过洗涤分离干燥处理，得到二维纳米材料。
2.根据权利要求1所述的二维纳米材料的制备方法，其特征在于，所述具有层状结构的材料占氯化锂和氯化铝颗粒的混合盐质量比例为0.5％～10％。
3.根据权利要求1所述的二维纳米材料的制备方法，其特征在于，所述具有层状结构的材料是指石墨，氧化石墨，膨胀石墨，六方氮化硼，二硫化钼，二硫化钨，二硫化铼，黑磷，第四主族单质，第三和第五主族构成的二元化合物，金属硫化物，层状锰酸锂，层状钴酸锂层状材料及以上述为主体材料的掺杂改性材料。
4.根据权利要求1所述的二维纳米材料的制备方法，其特征在于，所述氯化锂和氯化铝的摩尔比例为1:0.9～1.1。
5.根据权利要求1所述的二维纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的多次是指5～100次。
6.根据权利要求1所述的二维纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的升温后保温是指升温到144℃～200℃开始保温，升温速率为0.1～100℃/s，保温时间为1～60分钟。
7.根据权利要求1所述的二维纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的降温后保温是指降温到-60℃～140℃开始保温，降温速率为0.1～100℃/s，保温时间为1～60分钟。
8.根据权利要求1所述的二维纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的气氛选自真空，空气，氧气，氢气，氮气，惰性气体，氧化性气体，还原性气体，酸性气体，碱性气体中的一种或几种；相对压力为0～10MPa。
9.一种二维纳米材料，其由权利要求1-9任一项所述的方法制备得到。
10.根据权利要求9所述的二维纳米材料，其特征在于，所述的二维纳米材料为层数为1～20层，厚度为0～10nm。
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