[发明专利]一种超疏水黑磷纳米片的制备和应用

说明书

本发明公开了一种超疏水黑磷纳米片的制备和应用。所述超疏水黑磷纳米片，为黑磷晶体边球磨剥离的同时边通过亲电试剂修饰得到的超疏水黑磷纳米材料。本发明采用卤代烃修饰黑磷纳米片，一方面提高了黑磷纳米片的抗氧化能力，另一方面也赋予了黑磷纳米片防水、自清洁、油水分离等新功能，使其能应用于更多领域。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种超疏水黑磷纳米片的制备和应用。

背景技术

近年来，与石墨烯一样拥有二维层状结构的黑磷展现出卓越的电学和光学特性，同时具有良好的生物活性和生物相容性。然而，黑磷的不稳定性以及其亲水性在一定程度上限制了其深入的研究和应用。

亲水性在材料表面为水分所润湿的性质。是一种界面现象，润湿过程的实质是物质界面发生性质和能量的变化。当水分子之间的内聚力小于水分子与固体材料分子间的相互吸引力时，材料被水润湿，此种材料为亲水性的，称为亲水性材料；而水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力时，则材料表面不能被水所润湿，此种材料是疏水性的(或称憎水性)，称为疏水性材料。黑磷的亲水性对其本身的性能有重大影响。

黑磷之所以稳定性差，是因为在其蜂窝状结构中，磷原子与其他3个磷原子成键之后，仍有一对孤对电子，该孤对电子易被氧分子夺走，从而造成外层黑磷的氧化。为实现黑磷的稳定性强化和性能优化，研究人员发展了系列界面调控技术，如有机包覆、化学配位、共价修饰、离子掺杂、缺陷修复等。专利CN201610729312.5提出了一种聚合物包裹黑磷的方法，实现黑磷的稳定性。该方法为黑磷外层包覆一层有机物以隔绝水氧，减缓黑磷的降解，然而制备保护层的方法虽然通过隔绝空气和水起到了保护的作用，但磷原子的孤对电子仍然存在，依然存在被氧化的可能。通过表面化学修饰的方法，将黑磷的孤对电子形成配位键或共价键，阻断其与氧气的反应，可以从根本上解决黑磷稳定性的问题。专利201510956724.8设计了一种钛的苯磺酸酯配体(TiL4)，利用钛原子的空轨道和苯磺酸酯的强吸电子效应,钛配体可以和黑磷的孤对电子进行配位；形成配位键后磷原子的孤对电子被占据,从而不会再与氧气发生反应，然而这些方法未能实现黑磷润湿性的改变。

目前对于黑磷的疏水改性研究较少，本发明通过对黑磷进行疏水改性，在提高其在水氧环境中的稳定性的同时改善了其表面润湿性，拓展了其防水、油水分离和自清洁等特性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种超疏水黑磷纳米片的制备方法和应用，表现卓越的稳定性，且制备工艺简单，价格低廉。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明首先提供一种超疏水黑磷纳米片，为黑磷晶体边球磨剥离的同时边通过亲电试剂修饰得到的超疏水黑磷纳米材料。

具体的，所述亲电试剂为卤代烃，所述卤代烃结构为苯基或C1～6的烷基被1～14个独立卤素原子取代物，卤素原子包括氟、氯、溴、碘中的一种或多种。

具体的，所述黑磷纳米片厚度20～100nm，所述黑磷纳米片厚度10～20nm，长100～300nm，宽20～30nm。

本发明其二提供一种超疏水黑磷纳米片的制备方法，取黑磷晶体，在研钵中加入N-甲基吡咯烷酮，研磨后将其分散在N-甲基吡咯烷酮中，随后加入亲电试剂，冰浴下用探头超声处理得到超疏水黑磷纳米片。

具体的，所述黑磷纳米片与亲电试剂的摩尔比为10：1～1：2。

具体的，所述研磨的时间8-15min。

具体的，所述黑磷晶体和N-甲基吡咯烷酮的摩尔体积比为1：1-1：100mol/L。

具体的，所述超声处理为40-80kHz探头处理6-10h。