[发明专利]一种基于黑磷的新型ATRP试剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于分子内含有酰氯基团的原子转移自由基聚合(ATRP)试剂通过共价修饰的方法对BP纳米片进行接枝，获得一种新型的基于黑磷的ATRP试剂的方法。该方法适用于各种分子内含有酰氯的ATRP试剂并且能够有效适用于一系列ATRP聚合的单体，为黑磷纳米片的修饰提供了一个平台，同时用该方法所述的材料进行聚合物修饰的黑磷纳米片材料相比纯黑磷纳米片还具有突出的溶解性以及电荷传输性质，这使其在光电器件方面有着广泛的应用前景。本发明适用于2‑溴异丁酰溴(BIBB)、2‑氯丙酰氯等分子内包含酰氯的ATRP试剂。

技术领域

本发明属于黑磷类材料的制备及通过共价修饰使其与ATRP聚合引发剂共价接枝从而更便利的在黑磷纳米片表面进行聚合修饰的技术领域，具体涉及使用重氮盐对黑磷纳米片就行修饰，ATRP试剂与黑磷纳米片的共价接枝。

背景技术

过去的十年中二维材料的发展获得了突破性的进展，这一类厚度仅有一层或者少层原子厚度的材料因为极小的厚度以及弱的层间相互作用而成为了探索基础量子物理以及探索半导体材料的尺寸影响的极佳材料。收到最广泛关注的二维材料是石墨烯以及过渡金属二硫化物，石墨烯因为缺乏固有带隙而在电子器件中表现出了较弱的开关比，过渡金属二硫化物是一类“MX₂”型的材料，这里的金属M通常是钼、钨以及最近才受到关注的铂、锡等，而X通常是硫、硒和碲。大多数过渡金属二硫化物是带隙较大的半导体(>1.5eV)，比如二硫化钼和二硫化钨，它们较弱的电荷迁移能力和较差的半导体-金属界面费米能级匹配严重限制了它们的实际应用。

自从黑磷在100多年前的第一次合成，2014年研究者才首次剥离出了少层黑磷。随着尺度的缩小，黑磷表现出了一系列诸如与厚度相关的带隙、包含了从可见光到近红外的光谱以及空穴主导的两极传输特性等半导体特征，这些特性使黑磷有可能成为下一代电子和光电产品的基础材料。

黑磷对称性较低的正交晶格结构导致面内异性，从而实现了对基本光学和电子性质的晶体轨道控制。研究人员在理论和实验领域都投入了大量的资源研究黑磷和磷烯的基本物理和化学特性，同时，人们为设计高效的基于黑磷的光电器件和功能性器件设计了诸如界面调控、缺陷调控和带隙调控等专用的方法来制备异质结构。

本发明设计的含有酰氯的ATRP试剂接枝的黑磷纳米片材料是一种通用的在黑磷表面原位聚合生长高分子的材料，这为黑磷的共价接枝提供了一个平台，在此之上，一系列含有酰氯的ATRP试剂能够与黑磷进行共价接枝，同时使各种适用于ATRP聚合的单体能够方便的接枝到黑磷表面，从而对黑磷纳米片的物理和化学特性进行改性和调控，为研究者对黑磷纳米片的研究提供了便利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于黑磷的新型ATRP试剂及其制备方法和应用

本发明目的还在于分子内含有酰氯的ATRP试剂与黑磷的共价接枝；提供一种对黑磷纳米片进行接枝聚合的平台和一种ATRP试剂通过共价修饰对黑磷进行化学保护的方法。

本发明的技术方案是：

一种基于黑磷的新型ATRP试剂，其结构式如下式BP-BIBB所示：

本发明还提供一种所述基于黑磷的新型ATRP试剂的制备方法，包括下列步骤：

1)在惰性气体氛围下，将黑磷纳米片，4-羟基苯重氮四氟硼酸盐(化合物1)，四丁基六氟磷酸铵(化合物2)，加入到乙腈溶剂中进行反应，分离提纯得到BP-C₆H₄OH；优选摩尔比化合物1：化合物2＝1：1–1：2加入到乙腈溶剂20-60ml中，化合物1、化合物2、BP-C₆H₄OH的结构式如下：