[发明专利]电化学一步法合成二维石墨烯和硼烯/碲烯复合物的方法

说明书

本发明公开一种电化学一步法合成二维石墨烯和硼烯/碲烯复合物的方法，包括以下步骤：将石墨电极和硼块/碲块电极分别作为阳极和阴极，放入电解液中，电源与阴极、阳极相连，形成一个电解池结构；搅拌下以恒压5～20V电解30min～100h，然后清洗后离心，得到二维石墨烯和硼烯/碲烯复合物溶液，或清洗后干燥得到二维石墨烯和硼烯/碲烯复合物。本发明减少了材料污染的可能性，提高了合成效率，并增强了两种二维材料之间的结合作用，从而可以有效提高硼烯/碲烯的电学性质并为充分展示其固有的性能提供可能。该方法简单、成本低廉、环保，而且高效且可用于大规模合成。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种二维复合材料的制备方法，具体涉及电化学一步法合成二维石墨烯和硼烯/碲烯复合物的方法。

背景技术

新型二维纳米材料硼烯(borophene)和碲烯(tellurene)，有着优异的机械强度和柔韧性、以及相比石墨烯更低的密度，而且它也是电和热的良导体，再加之二维材料独有的层状结构，这些基本性质赋予了硼烯和碲烯等新型二维材料在制氢、锂电池、超级电容器、高速晶体管、光电子器件等领域都有着非常巨大的应用潜力。近年硼烯和碲烯的研究逐渐备受关注，但目前关于合成二维硼烯和碲烯的实验研究却很少。总结来看，目前的制备方法主要包括化学气相沉积法、分子束外延法、热分解法和液相剥离法等。然而，这些方法仍然遇到的各种缺点，如需要超高真空，额外的转移步骤，高成本以及低产量等原因，目前的合成技术限制了其深入研究和应用。因此，开发一种简便有效的方法实现高质量的少层硼烯、碲烯纳米片宏量制备是很有必要的。迄今为止，电化学剥离法已被证明可用于许多二维材料的高效制备，如石墨烯、MoS₂、Bi₂Se₃、Bi₂Te₃和黑磷烯等，而将电化学剥离法用于二维硼烯和碲烯的制备还没有被探索过。

另外，这两种二维材料是半导体性质，其导电率较差，这就阻碍了在电化学储能、电催化、光催化等实际应用种载流子的迁移，其很多优异性能的呈现受限于其较差的导电性。通过将各种二维半导体材料与导电石墨烯结合构建成功能化复合材料成为一种提升其性能的重要策略。目前已在多种材料中广泛研究，包括过渡金属二卤族化合物(例如MoS₂、WSe₂)，过渡金属氧化物(如MnO₂、MoO₃)，石墨碳氮化物(g-C₃N₄)，六方硼氮化物，过渡金属碳化物(MXenes)、黑磷烯等。

这种石墨烯基复合材料的制备通常通过混合两种单独的二维材料，或在石墨烯存在的条件下原位形成其他成分，从而合成石墨烯基复合材料的方法。而通过混合两种单独的二维材料的方法的合成效果较差，因为二维层状材料的表面很容易被污染，致使两者之间的化学和电子相互作用很弱，从而降低了它们的反应活性，影响了合成材料的性能。

然而目前仍没有一种方法可以简单高效地在合成石墨烯和硼烯/碲烯复合物的方法。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种电化学一步法合成二维石墨烯和硼烯/碲烯复合物的方法，该方法为一步法，简单、高效、低成本，并能够实现二维材料原位复合。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

电化学一步法合成二维石墨烯和硼烯/碲烯复合物的方法，包括以下步骤：

将石墨电极和硼块/碲块电极分别作为阳极和阴极，放入电解液中，电源与阴极、阳极相连，形成一个电解池结构；

搅拌下以恒压5～20V电解30min～100h，然后清洗后离心，得到二维石墨烯和硼烯/碲烯复合物溶液，或清洗后干燥得到二维石墨烯和硼烯/碲烯复合物。

进一步的，电解液通过以下过程制得：将碳原子数为1-6的季烷基四氟硼酸铵与季烷基六氟磷酸铵中的一种或者两种加入到溶剂中，得到浓度为0.01-2mol/L的电解液。