[发明专利]一种二维层状纳米材料的剥离方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型纳米材料领域，特别是涉及一种二维层状纳米材料的剥离方法。

背景技术

二维纳米材料凭借其独特的物理化学性质，在半导体、微电子器件及生物医疗等领域有着不可估量的应用潜能，在近年来引起了诸多研究人员的关注。如单层石墨烯由于其特殊的电学、光学、热学和机械性质成为目前纳米材料领域的研究热点之一。近来的研究发现，具备类似石墨烯的其他二维层状纳米材料同样具有十分独特的物理化学性质。特别是一些过渡金属与第ⅥA族构成的化合物，如：MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂等，这些化合物都是由两层第ⅥA族元素与中间一层过渡金属共价结合构成的“三明治”结构，而不同的“三明治”夹层间由范德华力吸引形成块型晶体。而如何从这些晶体中得到高产率的单层或多层二维层状结构纳米材料是目前面临的一大技术难题。

目前，这类层状材料的剥离方法有机械的透明胶带撕分法、有机溶剂超声剥离法和化学剥离法。前述两种方法难以得到高产率的二维单层、多层纳米材料；而化学剥离法十分耗时且所用化学试剂操作环境要求较高、方法安全性较低；此三种方法都不具备工业化生产的潜力，因此，均不是获得二维单层、多层纳米材料的理想方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种二维层状纳米材料的剥离方法，该剥离方法采用两亲性表面活性剂与一种或多种有机溶剂相结合的方法，通过协同作用以实现对二维层状材料的剥离，获得单层、双层及多层可控的二维完整晶面结构的纳米材料，此方法工艺简单易操作，产率较高，易实现低成本产业化生产并对环境不产生二次污染问题。

本发明实施例提供了一种二维层状纳米材料的剥离方法，包括以下步骤：

将两亲性表面活性剂溶解于有机溶剂中，在水浴超声器中750w～1200w超声0.5～2小时，得到混合溶液，所述两亲性表面活性剂在所述有机溶剂中的浓度为0.1mg～10mg/mL；所述两亲性表面活性剂为氧化石墨烯、十六烷基二甲基溴化铵或十八烷基二甲基氯化铵；所述有机溶剂为硫醇类溶剂、十八烷基胺、异丙醇、硫磺类溶剂、氨基酸类溶剂、聚氨基类溶剂和聚醇类溶剂中的一种或多种；

将待剥离的过渡金属化合物材料加入到上述混合溶液中，于1000～1800w下超声2～8小时；超声完毕后，以1500～5000rpm离心20～60分钟，去除上清液，收集沉淀，过滤，于60～100℃真空干燥，得到固体物，所述固体物即剥离后的二维层状纳米材料。

所述固体物即剥离后的二维层状纳米材料为初产物，可进一步包括如下的纯化操作。

优选地，当所述两亲性表面活性剂为十六烷基二甲基溴化铵或十八烷基二甲基氯化铵时，进一步包括，在所述去除上清液后，采用去离子水多次洗涤所述离心所得沉淀以除去所述十六烷基二甲基溴化铵或十八烷基二甲基氯化铵。采用十六烷基二甲基溴化铵或十八烷基二甲基氯化铵时，所得固体物包括剥离后的单层、双层及多层二维层状纳米材料。

优选地，当所述两亲性表面活性剂为氧化石墨烯时，进一步包括，将所得固体物溶解于去离子水中，置于水浴超声器中750w～1200w超声0.5～2小时后，得到混合分散液，收集漂浮于所述混合分散液中的表层薄膜层，干燥后得到剥离后的单层或双层二维层状纳米材料；以及收集所述混合分散液中的底层固体，于60～100℃真空干燥后得到剥离后的多层二维层状纳米材料。

优选地，所述硫醇类溶剂为十二硫醇；

所述硫磺类溶剂为十二烷基硫磺酸钠；

所述氨基酸类溶剂为甘氨酸；

所述聚氨基类溶剂为聚氨酯脲；

所述聚醇类溶剂为聚乙烯醇。

优选地，所述待剥离的过渡金属化合物材料为过渡金属化合物二硫化钼MoS₂、二硫化钨WS₂、二硒化钼MoSe₂或二硒化钨WSe₂。

优选地，所述待剥离的过渡金属化合物材料在混合溶液中的浓度为1～10mg/mL。