[发明专利]黑磷纳米片与半解开碳纳米纤维复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种黑磷纳米片和半解开碳纳米纤维复合材料的制备方法，首先在充满氩气的手套箱里将块状黑磷晶体研磨成粉末状，并分散在N‑甲基吡咯烷酮中，配置成1 mg/mL的黑磷粉末悬浮液；将所配置黑磷粉末悬浮液在功率为300 W的超声细胞粉碎仪里面反应8～12 h得到分散剥离的黑磷纳米片混合物。静置22～26 h后取上层悬浮液并抽滤洗涤至中性，即可得到黑磷纳米片悬浮液；将黑磷纳米片和半解开碳纳米纤维混合后超声0.5 h，然后倒入到水热釜里面，在90～100℃下反应1～3 h，取样品离心洗涤，即可制备得到黑磷纳米片与半解开碳纳米纤维复合材料。本发明方法制备的材料在电化学领域具有潜在的应用。

技术领域

本发明涉及一种黑磷纳米片与半解开碳纳米纤维复合材料的制备方法，该方法利用有水热法在半解开碳纳米纤维的表面上吸附黑磷纳米片，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

磷位于元素周期表中第五主族，固体磷有三种主要的同素异形体：白磷、红磷和黑磷。白磷不稳定，在30 ℃会自燃；红磷在室温比较稳定，但红磷的导电性低。在这三种同素异形体中，黑磷是最稳定、难以溶解在大多数溶剂、不易燃的无定形态的固体。黑磷有三种常见的晶形：正交晶的、菱形的和简单的立方体的。黑磷呈是多层的、褶皱形态的片状，具有良好的导电性，黑磷的形貌、结构和性质都与石墨非常相似。黑磷具有高的导电率(102 S/m)、窄带隙(0.34 eV)、以及合理的密度，在电化学方面具有应用潜能。半解开碳纳米纤维是一种拥有独特功能性质的纳米材料，可看成是碳纳米纤维被打开后得到的三维空间构型的纳米材料。它可以看做是碳纳米纤维和氧化石墨烯的异质结构，碳纳米纤维和氧化石墨烯两者的协同作用可以使半解开碳纳米纤维具有比单独的碳纳米纤维和单独的氧化石墨烯更好的性质。此外，半解开碳纳米纤维在管上分布有利于快速异质电子转移速率的较多的边缘-平面位点/缺陷，这些缺陷可以作为反应活性位点提高电导率，而且可以诱导半解开碳纳米纤维与其它材料复合形成一种新的复合材料。由于半解开碳纳米纤维和黑磷都具有特殊的物理和化学性质，两者的协同作用可以使其复合体系表现出更好的性能，拓宽其在电化学、储能等领域的潜在应用。

目前没有任何的文献和专利报道过此方法。因此本发明的制备方法填补了这一空白，在黑磷纳米片的复合物制备方法中具有广泛的的应用性。

发明内容

发明目的在于提供一种黑磷纳米片与半解开碳纳米纤维复合材料的制备方法，本发明提供了简单高效的黑磷纳米片与半解开碳纳米纤维的制备方法，利用水热法可以实现黑磷纳米片有效地吸附在半解开碳纳米纤维的表面，使得复合材料具有更广泛的应用。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种黑磷纳米片与半解开碳纳米纤维复合材料的制备方法：首先采用液相剥离法制备得到黑磷纳米片的悬浮液；然后采用水热法将黑磷纳米片和半解开碳纳米纤维混合后超声，并倒入到水热釜里面反应，使得黑磷纳米片吸附到半解开碳纳米纤维的表面，反应结束后将样品离心洗涤，干燥，即得到所述黑磷纳米片与半解开碳纳米纤维复合材料。

该方法具体包括如下步骤：

（1）在充满氩气的手套箱里将块状黑磷晶体研磨成粉末状，并分散在N-甲基吡咯烷酮中，配制成1 mg/mL的黑磷粉末悬浮液；

（2）将黑磷粉末悬浮液在功率为300 W的超声细胞粉碎仪里面反应8～12 h得到分散剥离的黑磷纳米片混合物；

（3）将黑磷纳米片混合物静置22～26 h后取上层悬浮液并抽滤洗涤至中性，得到黑磷纳米片；

（4）分别称取5 mg的黑磷纳米片和100 mg的半解开碳纳米纤维，并分别分散到超纯水中，然后超声2 h，配制成1 mg/mL的黑磷纳米片悬浮液和1 mg/mL的半解开碳纳米纤维悬浮液；