[发明专利]二维复合材料、制备方法及其应用

说明书

本申请涉及一种二维复合材料、制备方法及其应用。本申请中，将有机阳离子插入到待复合材料中，其中所述待复合材料可以为过渡金属硫族化合物或者石墨烯。本申请通过对体材料的所述待复合材料进行简易、方便的电化学插层，得到具有二维过渡金属硫族化合物性质的所述二维复合材料。相较于二维过渡金属硫族化合物，所述二维复合材料极大地提高了样品的稳定性与材料性能。所述二维复合材料提高的材料性能包括提高超导转变温度、增强超导面内抗磁性、提高电荷密度波相变温度、减弱层间相互作用等。同时，所述二维复合材料可以进行大尺寸、大批量制备，为大规模生产以及实际应用提供了可能性。

技术领域

本申请涉及材料技术领域，特别是涉及一种二维复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

块体材料的过渡族金属硫化物具有许多诸如超导、拓扑等有趣的物理性质，并在光电、电化学等领域具有巨大的应用潜力，因而受到了研究者的广泛注意。相较于块体材料，二维过渡族金属硫化物往往具有超导性质(更高的超导转变温度)、半导体-金属相变、直接带隙能带结构等有趣的物理性质以及更加应用前景与应用价值。比如，二维过渡族金属硫化物具有直接带隙能带结构，可以有效地提高发光效率，因此在光电器件领域具有广泛的应用价值。

二维过渡族金属硫化物的制备有多种方法，主要包括化学气相沉积、水热法以及剥离法等。但是通过传统的制备方法制备得到的二维过渡族金属硫化物在空气中十分敏感，极其容易变质。同时这些制备方法本身也十分复杂，对于仪器设备以及工艺流程都有较高的要求。此外，二维过渡金属硫族化合物的尺寸普遍较小(微米量级)，大规模生产应用存在着较大的困难。

发明内容

基于此，有必要针对传统的制备方法不能制备稳定大尺寸的二维过渡族金属硫化物的问题，提供一种二维复合材料、制备方法及其应用。

一种二维复合材料，包括：

层状排列的过渡金属硫族化合物或石墨；以及

插入在所述过渡金属硫族化合物的层间或所述石墨的层间的有机阳离子。

在一个实施例中，所述有机阳离子包括1-烷基-3-甲基咪唑离子、1-烷基-2，3-二甲基咪唑离子、二乙基甲基-(2-甲氧乙基)铵离子和二乙基甲基丁基铵离子。

在一个实施例中，所述1-烷基-3-甲基咪唑离子为[C_nMIm]⁺，其中n取1-18中的任意整数；

所述1-烷基-2，3-二甲基咪唑离子为[C_nMMIm]⁺，其中n取1-8中的任意整数。

在一个实施例中，当所述二维复合材料包括层状排列的过渡金属硫族化合物和插入在所述过渡金属硫族化合物的层间的有机阳离子时，所述二维复合材料的结构式为A_mB_nC_o，其中A为过渡金属元素，B为硫族元素，C为有机阳离子，其中，m:n为1:2，o大于0。

在一个实施例中，所述二维复合材料，o大于0小于等于1.5。

在一个实施例中，所述过渡金属元素包括Co、Cr、Fe、Mn、Ni、Cu、Ti、Zn、Sc、V、Nb、Ta、Mo和W；

所述硫族元素包括硫、硒和碲；

所述有机阳离子包括1-烷基-3-甲基咪唑离子、1-烷基-2，3-二甲基咪唑离子、二乙基甲基-(2-甲氧乙基)铵离子和二乙基甲基丁基铵离子。

在一个实施例中，所述二维复合材料的超导转变温度为层状排列的所述过渡金属硫族化合物或所述石墨的8倍-30倍。

在一个实施例中，所述二维复合材料在c轴方向的厚度为所述待复合材料在c轴方向的厚度的1倍-3倍。

本申请提供一种二维复合材料的制备方法，包括以下步骤：