[发明专利]一种表面活性剂介导的少层黑磷纳米片制法

说明书

本发明涉及用表面活性剂介导的液相剥离法对黑磷晶体进行剥离，得到分散性良好的少层黑磷纳米片。包括：在无氧环境下，取黑磷晶体溶于含有表面活性剂的无氧水中，然后进行水浴超声；超声完后，离心并收集上清液，所述上清液即为少层黑磷纳米片分散液。该方法不仅工艺简单、产物稳定性好、产率高、品质好，更为突出的是制备时间极短且分散液具有良好的生物相容性，进一步打破黑磷纳米片在生物领域的应用瓶颈。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，特别是涉及一种表面活性剂介导的少层黑磷纳米片制法。

背景技术

在由于具有无与伦比的机械、光学、电子、热学等性能，二维层状纳米材料得到了前所未有的关注。自从石墨烯被发现并广泛应用后，其他二维层状纳米材料也相继引起关注 (例如过渡金属硫化物)。虽然石墨烯具有优异的载流子迁移率，但无带隙的固有缺陷限制了其在光电领域的进一步应用；而过渡金属硫化物，尽管具有固有的带隙，但载流子迁移率低也导致其应用受限。作为二维层状纳米材料家族的新成员，黑磷体具有厚度依赖的直接带隙(介于体态黑磷的0.3eV和单层黑磷的2.0eV之间)、高电荷载流子迁移率(1000cm² V^-1s^-1)、高电流开/关比(～10⁵)以及独特的各向异性。因此，黑磷具有替代石墨烯和过渡金属硫化物的潜力，并且在场效应晶体管、能量存储、催化和生物传感等领域中成为最有前景的二维层状材料。

自从采用机械剥离法首次制备磷烯以来，已开发许多方法用于高效制备几层甚至单层黑磷纳米片，例如化学气相沉积法、电化学剥离法以及液相剥离法。但机械剥离法产量极低且极易氧化，化学气相沉积法和电化学剥离法设备要求高、操作复杂、不易量产，而液相剥离法制备简单、产物稳定性好、产率高、品质好，因此液相剥离法成为制备黑磷的主要策略。

黑磷液相剥离的现有技术中以N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等有机试剂为主要分散液，虽然有很好的防氧化作用，但是有机试剂存在后处理、安全性以及生物相容性差等问题。随后又报道了十二烷基硫酸钠(SDS)介导的液相超声，具有一定的生物相容性，但 SDS会破坏蛋白质空间结构；接着以Triton X-100介导的液相剥离法被报道，该方法具有良好的生物相容性，但制备极其耗时，难以满足应用需要，所以亟待开发一种新型的快速而有效的黑磷液相剥离法。

发明内容

本发明所披露的制备方法，是采用Tween 20介导的液相剥离法对黑磷晶体进行剥离，得到少层黑磷纳米片。得到的黑磷纳米片不仅工艺简单、产物稳定性好、产率高、品质好，更为突出的是制备时间极短且分散液具有良好的生物相容性，进一步打破黑磷纳米片在生物领域的应用瓶颈。

本发明提供了一种表面活性剂介导的少层黑磷纳米片制法，包括以下步骤：

(1)在隔绝氧气环境下，取黑磷晶体分散在含有表面活性剂的无氧水中，得到分散液，所述黑磷晶体在所述分散液中的浓度为≤2.0mg/mL；

(2)将所述分散液先进行水浴超声；

(3)超声完后，离心并收集上清液，得到少层黑磷纳米片。

优选地，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂为Tween 20。

优选地，所述Tween 20的浓度在0.1～3.0％(v/v)。

更优选地，所述Tween 20的浓度在0.5～1.0％(v/v)。例如0.5％，0.7％，0.8％，1.0％等。

优选地，所述黑磷晶体在所述分散液中的浓度为≤2.0mg/mL。例如0.5mg/mL，0.8mg/mL，1mg/mL，1.2mg/mL等。

优选地，所述水浴超声的功率100～300W。

更优选地，所述水浴超声的功率100～150W。