[发明专利]一种二维聚合C60

说明书

本发明涉及一种二维聚合C₆₀及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：提供金属掺杂的聚合C₆₀；通过季铵盐置换所述金属掺杂的聚合C₆₀中的金属离子。本发明一实施方式的二维聚合C₆₀的制备方法，工艺简单，成本低，可实现二维聚合C₆₀的大批量制备。

技术领域

本发明涉及二维聚合C₆₀，尤其涉及一种薄层二维聚合C₆₀及其制备方法。

背景技术

二维材料因其单层中的量子限制效应产生的独特的电子和光学性质而引起广泛关注。其中，具有独特的π-电子系统二维碳材料是主要研究对象之一。通过改变碳原子的杂化方式，二维碳材料能够展现出丰富的物理性质，在晶体管器件、储能材料和超导材料中具有广泛的应用前景。

目前，关于二维材料的报道仅限于由单原子结构单元交织而成的周期性网络结构，而使用高级的结构单元(如团簇)构建二维结构是一个全新的概念。这些由纳米团簇结构单元构建的二维结构有望具有优越的拓扑结构和独特的性能。富勒烯(C₆₀)是一种典型的碳簇，在极高的压力下，C₆₀之间的聚合通过形成簇间共价键来产生C₆₀的层状结构，这种聚合物C₆₀层在平面上呈现出碳团簇重复排列的规则拓扑结构，具有有趣的电子学和磁性。然而，由于高压聚合C₆₀块体材料在常温常压下为亚稳态，通过常规的机械剥离方法未能成功制备二维聚合C₆₀。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明一实施方式旨在提供一种二维聚合C₆₀的制备方法，用以解决上述现有技术中所存在的至少一种问题。

一方面，本发明一实施方式提供了一种二维聚合C₆₀的制备方法，包括如下步骤：

提供金属掺杂的聚合C₆₀；以及

通过季铵盐置换所述金属掺杂的聚合C₆₀中的金属离子。

根据本发明一实施方式，所述金属掺杂的聚合C₆₀具有单斜晶系晶体结构，所述晶体结构的晶胞参数为：α＝90°，β＝91.704(2)°，γ＝90°；和/或，

所述金属掺杂的聚合C₆₀为镁掺杂的聚合C₆₀或锂掺杂的聚合C₆₀。

根据本发明一实施方式，所述方法包括：将镁和C₆₀进行反应，制得所述镁掺杂的聚合C₆₀，其中，C₆₀和镁的摩尔比为1:8～1:12，进一步为 1:9～1:12。

根据本发明一实施方式，镁和C₆₀的反应温度为580～600℃；和/或，

镁和C₆₀的反应在圆柱形反应容器中进行，所述圆柱形反应容器的直径为19～21mm。

根据本发明一实施方式，所述季铵盐的结构式如下：

R₁、R₂、R₃、R₄各自独立地选自含2～8个碳原子的烷基，X^-为水杨酸根离子、氟离子或溴离子；

进一步地，R₁、R₂、R₃、R₄各自独立地选自含2～4个碳原子的烷基或者含7～8个碳原子的烷基。

根据本发明一实施方式，所述季铵盐包括四丁基水杨酸铵、四丁基氟化铵、四丁基溴化铵中的一种或多种。