[发明专利]一种通过照射超声波制备单原子层黑色磷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备单原子层黑色磷技术领域，尤其涉及一种通过照射超声波制备单原子层黑色磷的方法。

背景技术

黑磷是效果优良的可调半导体，在电子设备具有广泛的应用，可用作晶体管、传感器、太阳能电池、开关、电池电极等。不同于诸如石墨烯等零隙半导体的特点是黑磷有带隙，并且其带隙和原子层数有重要的联系，层数越薄带隙越多。但黑磷在制备过程中存在难以克服的困难，因其为多层结构，为了得到所期望的二维片层，需要通过精巧的剥离工艺一层层分离开这些多层。

虽然已经通过液体剥离获得黑磷纳米片的记载（是将5mg ml-1 黑磷放在N- 环己基-2- 吡咯烷酮溶剂中，超声24h, 功率246W,30℃水浴中，Chem. Comm 2014,50,13338-13341 ），但获得的黑磷纳米片不稳定，会与水或氧气反应。此外过长时间的超声会打碎黑磷纳米片，使得得到大片多原子层黑磷变得困难。

利用照射超声波方法制备单原子层黑色磷的方法还文件报道。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种通过照射超声波制备单原子层黑色磷的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种通过照射超声波制备单原子层黑色磷的方法，制备步骤为：

（1）将黑色磷置于溶剂中并照射超声波；溶剂包括选自蒸馏水，有机溶剂，酸性溶液和碱性溶液中的至少一种；超声波照射在-20℃至100℃的温度下进行；

当使用蒸馏水时，黑色磷可以容易地分散。当使用醇时，可以改善结晶度。当使用有机溶剂时，可以提高分层黑色磷的导电性。

当在小于-20℃的温度下进行超声波照射时，可以稍微进行分层。当在超过100℃的温度下进行超声波照射时，剥离的黑色磷可能消失。

（2）将溶液和未溶解的黑鳞分离，将得到的将残留在溶液中的黑色磷放入溶剂中并且照射超声波，反复进行1-10次，进行分离，除去溶剂，即得单原子层黑色磷；

将残留在溶液中的黑色磷照射超声波反复进行1-10次，从而多原子层黑色磷可以连续地剥离。因此，可以从溶液中获得单原子层黑色磷。此外，可以通过超声波照射从多原子层黑色磷制备单原子层黑色磷，从而可以制备具有三角形单晶的黑色磷。

（3）将分离出的未溶解的黑色磷再次加入溶剂中，重复前面两个步骤，循环处理。

所述有机溶剂包括乙醇，甲醇，丙二醇，戊醇和辛醇中的至少一种，或四氢呋喃，己烷，四氯化物和甲苯中的至少一种；

所述酸性溶液包括盐酸，硫酸，硝酸和乙酸中的至少一种；

所述碱性溶液包括氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化钙，氢氧化镁和氨中的至少一种。

步骤（2）中将溶液和未溶解的黑鳞分离时，优选使用离心分离。

在步骤（2）进行照射超声波时，在0.1mL-50mL的溶剂中含有0.1g-10g的黑色磷。如果含有少于0.1g的黑色磷，则剥离的黑色磷的量和尺寸减小，使得黑色磷可在溶液中老化。如果含有大于10g的黑色磷，则黑色磷可能不能均匀地分层。

本发明的优点是：本发明利用超声波照射多原子层黑色磷，剥离出单原子层黑色磷，由于单原子层黑色磷被制备并分散在被照射超声波的溶液（黑色磷和溶剂的混合物）中，可以获得透明溶液，不溶解在溶剂中的黑色磷可以保留在溶液的下部，并且仅回收溶液，得到的单原子层黑色磷纯度高，方法简单，浪费少，适合于工业生产。

具体实施方式

一种通过照射超声波制备单原子层黑色磷的方法,制备步骤为：

（1）将黑色磷置于溶剂中并照射超声波；溶剂包括选自蒸馏水，有机溶剂，酸性溶液和碱性溶液中的至少一种；超声波照射在80℃的温度下进行；

（2）将溶液和未溶解的黑鳞分离，将得到的将残留在溶液中的黑色磷放入溶剂中并且照射超声波，反复进行5次，进行分离，除去溶剂，即得单原子层黑色磷；

（3）将分离出的未溶解的黑色磷再次加入溶剂中，重复前面两个步骤，循环处理。

所述有机溶剂包括乙醇，甲醇，丙二醇，戊醇和辛醇中的至少一种，或四氢呋喃，己烷，四氯化物和甲苯中的至少一种；

所述酸性溶液包括盐酸，硫酸，硝酸和乙酸中的至少一种；

所述碱性溶液包括氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化钙，氢氧化镁和氨中的至少一种。

步骤（2）中将溶液和未溶解的黑鳞分离时，优选使用离心分离。

在步骤（2）进行照射超声波时，在40mL的溶剂中含有5.5g的黑色磷。