[发明专利]一种利用重结晶制备二维纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用重结晶剥离片层材料制备二维纳米材料的方法，属于二维纳米材料制备技术领域。

背景技术

二维纳米材料，如石墨烯，h-BN(六角氮化硼)纳米片，MoS₂(二硫化钼)纳米片和WS₂(二硫化钨)纳米片等，具有优良的物理和化学性能，在电子、激光、生物、催化、机械等方面具有广阔的应用前景，因此，在近几年内成为材料界的研究热点。在这些二维材料中，石墨烯的研究，无论在结构上还是在性能上最为详实。这得利于石墨烯的制备方法比其它的二维材料的制备方法更加成熟。例如，石墨烯纳米片是由块体石墨经氧化还原剥离而得。其它二维材料与石墨相比，层与层之间具有较强的离子键作用，使得它们剥离的难度比剥离石墨的难度要大很多。特别是有些二维材料还与剥离助剂(酸)反应。这也是很多用于制备石墨烯的方法在制备其它二维纳米片时收效甚微的原因之一。

从目前的研究成果可以看出，二维纳米片层结构具有很多其它维度结构难以比拟的优点，例如王等人报道用几十纳米厚度的MoS₂作衬底的激光饱和吸收体具有很好的激光被动调Q性能；Goki Eda等人化学剥离的MoS₂纳米片具有良好的荧光性能。(见参考文献Wang,K.et al.Ultrafast saturable absorption of two-dimensional MoS₂nanosheet.ACS Nano 7,9260-9267，2013；Ponomarenko,L.A.et al.Tunable metal-insulator transition in double-layer graphene heterostructures.Nature Phys.7,958-961,2011；Golberg,D.et al.Boron nitride nanotubes and nanosheets.ACS Nano.4,2979-2993,2010；Coleman,J.,N.et al.Two-dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials.Science 331,568–571,2011)。到目前为止，剥离制备二维片层材料的方法大致可以分为三类，机械剥离法(V.Nicolosi,M.Chhowalla,M.G.Kanatzidis,M.Strano,J.N.Coleman,Science,2013,340,1226419)，液相剥离法(C.Zhi,Y.Bando,C.Tang,H.Kuwahara,D.Golberg,Adv.Mater.2009,21,2889)，气相沉积法(Song,J.et al.Layer-controlled,wafer-scale,and conformal synthesis of tungsten disulfide nanosheets using atomic layer deposition.ACS Nano 7,11333-11340，2013)，这些方法基本上都是借鉴石墨烯的制备方法。但是这些方法在剥离其它二维材料时具有一个致命的缺点：产量非常的低。另外，剥离所用的设备，溶剂价格非常的昂贵，而且CVD生长时还需要高温高压，耗能严重。

发明内容

针对现有二维纳米材料制备技术存在的问题，本发明提出一种利用重结晶制备二维纳米材料的方法，该方法原料廉价易得，可循环利用、对环境无毒，所需温度低。

本发明利用重结晶制备二维纳米材料的方法，包括以下步骤：

(1)将重结晶剂和需要剥离的原料按摩尔比1:1-20:1的比例分散或溶解于去离子水中，形成分散溶液；

重结晶剂是一种盐类(如氯化钠、氯化钾、氯化锂等)，或者是一种碱类(氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂等)，或者是一种盐类和一种碱类或两种盐类或两种碱类任意比例的混合物。

需要剥离的原料可以是石墨、氮化硼、硫化钼、硫化物或锑化铋等层状材料。

(2)将分散溶液置于25-100℃温度下，静置1小时-48小时，水干之后取出，再次添加去离子水，溶解，结晶，重复3-10次。

(3)将步骤(2)得到的产物水洗至中性(pH＝7)，再溶于乙醇中，静置分离，即得到二维材料的纳米片。

所述步骤(1)中也可加入表面活性剂，表面活性剂与需要剥离的原料的摩尔比为1:1-1:1.5，以增加产量。