[发明专利]一种羟基修饰的黑磷材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了属于二维材料技术领域的一种羟基修饰的黑磷材料的制备方法和应用。具体包括步骤：将富氢氧根无机物和/或富羟基醇类有机物加入黑磷粉末中，经球磨、洗涤、离心、干燥以制得羟基修饰的黑磷材料；本发明所述黑磷为以红磷为原料，经高速球磨得到的超细黑磷粉末；所述球磨在惰性气氛下进行。本发明制备方法工艺简单、成本低廉、易于推广；本发明制得的黑磷材料在空气和水中的稳定性强、在水中的分散均匀性强，利用所制备羟基修饰的黑磷材料配置的水基溶液具有极低的摩擦系数。

技术领域

本发明属于二维材料技术领域，特别涉及一种羟基修饰的黑磷材料的制备方法和应用。

背景技术

黑磷是磷常见三种同素异形体(红磷、白磷和黑磷)中最稳定的一种形态。黑磷具有与石墨类似的天然片层结构，层内由sp³杂化的磷原子以蜂窝状的褶皱形式连接，层与层之间以弱范德华力相连。黑磷独特的结构使其具有良好的光电转化效率、较高的电子迁移率和极好的生物相容性，在薄膜晶体管、光电探测、光控电子元件、电致发光领域、生物医学领域都具有很好的应用前景，然而，黑磷在润滑领域的应用研究还相对较少，目前存在的润滑产品摩擦系数普遍在0.1左右。

目前，黑磷的价格仍十分昂贵，主要原因是制备条件苛刻，工艺成本高。黑磷的传统制备方法是采用白磷或红磷为原料，在高温(高于200℃)高压(高于1.2GPa)下反应制备。直到2007年才出现关于使用矿化剂催化，在低压条件制备黑磷的报道，被称为“矿化法”。矿化法在制备中需要采用Au、Sn和SnI₄作为矿化剂，虽然使黑磷的制备成本有所降低，但是仍高于作为润滑剂使用的成本要求，进一步降低黑磷的生产成本仍是重要任务之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种羟基修饰的黑磷材料的制备方法和应用，具体技术方案如下：

一种羟基修饰的黑磷材料的制备方法，包括步骤：将富氢氧根无机物和/或富羟基醇类有机物加入黑磷粉末中，经球磨、洗涤、离心、干燥以制得羟基修饰的黑磷材料。

所述黑磷粉末为以红磷为原料，在惰性气氛下高速球磨得到的超细黑磷粉末；

或者，所述黑磷粉末为以黑磷块体和/或黑磷晶体粉末为原料，在惰性气氛下球磨得到的超细黑磷粉末。

所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气。

所述球磨或高速球磨在现有技术中能实现球磨或高速球磨的装置中进行，如在高能球磨罐中进行。

以红磷为原料制备超细黑磷粉末的过程中，所述红磷纯度大于98.5％，粒径为0.1～50μm；球磨过程中，钢球和红磷的质量比为20:1～50:1；球磨机转速为600～1200rpm，球磨时间为2～48h。

以黑磷块体和/或黑磷晶体粉末为原料制备超细黑磷粉末的过程中，所述黑磷块体和/或黑磷晶体粉末为商购，球磨速度为200rpm。

所述富氢氧根无机物包括NaOH、KOH的一种或两种；所述富氢氧根无机粉末与黑磷的质量比为1:1～4:1。

所述富羟基醇类有机物包括一元醇、二元醇的一种或两种；所述富羟基醇类有机物与黑磷的质量比为1:1～30:1。

所述富羟基醇类有机物包括甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、苯甲醇、1,4-丁二醇、聚乙二醇中的一种或几种。

所述富氢氧根无机物和/或富羟基醇类有机物与黑磷粉末的球磨在惰性气氛如氮气、氩气或氦气下进行，球磨转速为600～1200rpm，球磨时间为4～12h。

所述洗涤采用甲醇或无水乙醇为洗涤剂，用以去除产物中残余的富氢氧根无机粉末。

所述离心采用10000～12000rpm进行离心分离取沉积物，重复洗涤-离心分离1～3次。