[发明专利]一种单层β相氢氧化镍二维纳米单晶片及其合成方法

说明书

技术领域：

本发明涉及纳米材料技术领域，是发展新型制备二维纳米材料的重要方向。 尤其是继单层石墨后，在无模板或衬底条件下，获得了可以稳定孤立存在的又 一种新型单层单晶二维纳米材料。

背景技术：

低维纳米材料以其独特的尺寸效应，在很多方面表现出与块体材料截然不 同的性质。例如催化，信息储存材料，电学性质，发光性质等。

二维材料具有与其它低维材料不同的诸多特性从而备受关注。例如二维材 料具有特殊的朗道能级，电子态密度，自旋相干效应等理论结果，是许多组装 电子学器件的基本材料。但是长期以来人们都无法得到真正的二维材料，直到 2004年利用机械剥离法制备出高质量的单层石墨，人们才从自然界获得了真正 的二维材料。随之而来，在其它材料中无法实现的实验现象，如奇特的Dirac 电子特性，量子磁效应等，均在单层石墨中得到了一一验证。随着分子束外延 技术的拓展，科研工作者们已经生长出各种准二维的薄膜材料。但是由于这种 方法受衬底表面粗糙度，晶格失配比，及真空条件影响较大，用此方法生长的 准二维薄膜存在较多的缺陷，杂质等。同时这种方法为在非平衡条件下生长， 所的样品很难与衬底剥离而仍保持着较低的应力弛豫，意味着样品较难孤立存 在。

本发明提出了在溶剂热合成法中，不加入表面活性剂条件下合成出高质量 的单层二维β-Ni(OH)₂纳米片。由于合成中未加入表面活性剂，所得样品表面 干净。由于合成中未加入衬底，且在准平衡条件下反应，所得二维结构可以很 好的分散在云母片上。我们所制备的样品在ab平面已经生长至近百纳米，比已 有的报道提高了近40倍。

发明内容：

本发明制备一种可以孤立存在且稳定的单层β-Ni(OH)₂二维纳米单晶片。

该单晶片盐a-b平面生长，尺寸约为100nm，厚度为c-轴方向，大小约为1 个晶胞长度。是继单层石墨发现以后，在无模板或衬底条件下，又一可以稳定 孤立存在的单层二维材料。

本发明采用溶剂热法合成高质量的二维纳米β-Ni(0H)₂材料，具体过程如 下：将可溶性镍盐溶于无水乙醇中，然后加入强碱溶液，搅拌并让混合溶液在 80～200℃反应，冷却后洗涤并干燥。

前述的合成方法中所用的可溶性镍盐为Ni(NO₃)₂6(H₂O)或Ni(Cl)₂6(H₂O)； 所述的强碱为氢氧化钠，氢氧化钾第一主族元素氢氧化物，所述的强碱的浓度 为OH^-:Ni²⁺摩尔比为3～5：1；所述混合溶液的反应时间为3至10小时。

本发明的二维纳米β-Ni(OH)₂材料制备技术简单、设备要求不高、成本低 廉，并且整个反应过程仅使用了乙醇试剂，没有其它表面活性剂。因此合成是 绿色环保的，样品表面较为干净。由于样品为水热法生长，因此无需物理方法 中的苛刻合成条件，也不需要高质量的衬底维持样品的稳定性或由此带来与衬 底难以剥离的困难，因此在可控生长高质量低维材料方面有极大的应用前景。

附图说明：

图1为β-Ni(OH)₂的粉末X-射线衍射谱图，以Si粉为内标确定衍射峰的位置。

图2为β-Ni(OH)₂的透射电镜照片，其中a图放大倍数低，b图放大倍数高。

图3为β-Ni(OH)₂片的原子力显微照片(a)，及其截面高度图(b)。

具体实施方式：

实例1：取Ni(NO₃)₂6(H₂O)溶于无水乙醇中，获得阳离子浓度为1mol/L的溶液； 将NaOH按摩尔比OH^-:Ni²⁺＝3:1溶解并逐滴加入上述溶液中，将所得混合物充 分搅拌，并移入100M1反应釜中(填充度为70％)，在80～200℃反应3小时，反 应后冷却至室温，用蒸馏水抽滤并烘干，即得到所需绿色粉末样品。