[发明专利]一种用于制备二维纳米材料的剥离溶液及其应用

说明书

本发明提供一种用于制备二维纳米材料的剥离溶液，包括以下成分：体积含量为0.05～59％的醇类物质，体积含量为0.03‑8％的具有甲基的有机溶剂，浓度为0.01mg/L～1g/L的稠环化合物，余量的水。本发明还提出所述剥离溶液的应用。本发明提出的剥离溶液，以液体水为主体，避免了有机溶剂易燃易爆的缺点，同时降低了成本，避免了使用强酸以及强腐蚀性化学试剂；将层状固体颗粒分散于本溶液中，在机械剪切以及超声的作用下，可以有效的加速剥离层状固体颗粒至二维纳米薄片，避免二维纳米薄片的二次聚集。

技术领域

本发明属于二维纳米材料制备领域，具体涉及一种液相制备方法使用的溶液。

背景技术

理想的石墨烯是二维的单原子层石墨，具有很高的比表面积，优良的化学、热稳定性，良好的导电性能和导热性能，优异的机械性能等性质，自英国曼彻斯特大学的Geim研究组于2004年通过微机械剥离的方法合成石墨烯以来，引发了人们对石墨烯及其复合材料的研究热潮，使得石墨烯在催化、电子、能源、生物医药、材料等领域具有重大的应用前景，同时，类石墨烯二维纳米材料，如二硫化钼纳米薄片、黑磷纳米薄片，具有良好的催化析氢活性和储锂性能，在催化以及能源存储领域中具有潜在的应用价值。

石墨烯或者类石墨烯二维材料可以通过多种方法制备，可以主要分为物理法和化学法，其中物理法可以分为微机械剥离、液相/气相直接剥离等方法，化学法可以分为化学气相沉积(CVD)、氧化还原法等方法。CVD方法是通过高温下气相反应而沉积在固体薄膜基底上石墨烯的方法，该方法可以制备高质量、大面积的石墨烯，但较高的成本、复杂的工艺以及严苛的工艺条件控制条件制约了其发展。目前最为常用的氧化还原方法，其基本原理是通过强质子酸处理石墨,形成石墨层间化合物,然后加入强氧化剂对其进行氧化，形成氧化石墨烯，通过进一步还原可以得到还原氧化石墨烯，但该法在生产过程中均使用了对化工设备有强腐蚀性、强氧化性的强酸与强氧化剂，对环境有较大的危害，且形成石墨烯的电子结构及晶体完整性均受到严重的破坏，电导率有明显的降低，限制了其在能源、电子领域中的应用和产业化发展。液相机械剥离的方法可以制备出高质量的石墨烯以及类石墨烯二维纳米材料，但其效率低且成本高，如在纯水中剥离效率比较低，在部分纯有机溶剂中的剥离效率虽然比较高，但有机溶剂的使用存在有易燃易爆、成本高等特点，限制了其产业化应用。

发明内容

为了能够高效、清洁、低成本的制备具有晶体结构完整、比表面积大的石墨烯以及类石墨烯二维纳米材料，本发明的目的在于提供一种能够在机械剪切以及超声的复合作用下进行剥离层状结构固体颗粒的剥离溶液，在高速机械剪切以及超声的复合作用下，分散于该溶液中的层状固体颗粒能够被高效、清洁、安全、稳定的剥离成二维纳米材料，且所制备二维材料具有晶体结构完整、厚度薄、面积可调可控、比表面积大等优点。

本发明的第二个目的是提出所述剥离溶液的应用。

实现本发明目的的技术方案为：

一种用于制备二维纳米材料的剥离溶液，包括以下成分：体积含量为0.05～59％的醇类物质，体积含量为0.05～59％的醇类物质，体积含量为0.03-8％的具有甲基的有机溶剂，浓度为0.01mg/L～1g/L的稠环化合物，余量的水；

所述有甲基的有机溶剂为二甲基亚砜、氮，氮-二甲基甲酰胺、氮-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

进一步地，所述醇类物质为乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、丙三醇中的4种至6种。醇类物质的体积含量可以为10～20％。

其中，所述剥离溶液中每种醇类物质的体积含量在均在0.01-59％之间，但醇类物质的总体积含量在0.05％-59％。

可选地，所述剥离溶液中乙醇的体积含量为0.5～2％，仲丁醇、叔丁醇、甘油醇中的一种的体积含量为4～10％。