[发明专利]一种液相制备层状磷材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于黑磷的合成方法领域，更具体地，本发明涉及一种常温常压液相法快速制备层状磷材料的方法。

背景技术

层状磷材料为单质磷的一种热力学较为稳定的相，因为其本身为具有带隙的二维狄拉克材料，且其带隙可通过多种手段在较大范围内调控，近些年来，备受材料领域的研究者的青睐。现有的层状磷材料的制备方法主要包括三种，1、使用原料广泛的红磷在12000atm下200℃下受热一定时间，即可得到层状磷材料。2、将红磷经历长时间(通常为5-10天)高能量的球磨，可得到碎片化的层状磷材料颗粒。3、使用红磷在部分金属(如Au、Sn)的加热催化下，可以转化成为层状磷材料。上述制备方法条件的苛刻极大的限制了其广泛的规模化应用。由于以上叙述的制备方法均以红磷作为原料，而红磷到层状磷材料的转化不可避免的需要跨越反应能垒，而且此能垒较大，需要外部以热量、高能压力或特殊催化剂等形式加速转化。

发明内容

本发明首次提供一种不经历红磷的层状磷材料的制备方法，可以在常温常压下，通过简单液相反应来快速生产层状磷材料的方法。

本发明提供了一种液相法制备层状磷材料的方法，包括以下步骤：

(1)常温常压下，将金属磷化物加入到含有氧化剂的分散剂中进行反应，得到层状磷材料和金属盐；其中所述氧化剂选自含有活性质子的物质、氧化性单质或氧化性金属阳离子；

(2)清洗步骤(1)的反应后的物质以除去所述金属盐，干燥剩余物即得到所述层状磷材料。

优选地，其中所述常温为0-200℃，其中所述常压为1-10大气压。

优选地，其中所述的金属磷化物为磷化钙、磷化镁、磷化钡、磷化锌中的一种或几种。

优选地，其中所述含有活性质子的物质为含有羟基、氨基、醛基或羧基的物质；其中所述氧化性单质选自S、F₂、Cl₂、Br₂或I₂；其中所述氧化性金属阳离子选自Ag⁺、Au³⁺、Cu²⁺、Pt³⁺、Fe³⁺、Co³⁺或Ni³⁺。

优选地，其中所述含有羟基、氨基、醛基或羧基的物质为水、乙二醇、甘油、乙二胺、甲醛、乙酸或甲酸中的一种或几种。

优选地，其中所述分散剂为氮氮二甲基甲酰胺、氮氮二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮中的一种或几种。

本发明的有益效果：

1、本发明首次提供一种不经历红磷的层状磷材料的制备方法。采用价格低廉的金属型磷化物作为磷源，经简单的反应，即可得到高质量的、目前备受国内外材料学界瞩目的层状磷材料。

2、本发明的制备方法条件为常温常压，设备简单，所有的操作步骤可以在4小时内完成，反应不受反应物量的限制，可以无限等比例放大，具有直接工业化的可行性。

附图说明

图1为实施例1中制备的层状磷材料的透射电镜照片。

图2为实施例1中制备的层状磷材料的扫描电镜照片。

图3为实施例1中制备的层状磷材料的拉曼图谱。

图4为实施例2中制备的层状磷材料的透射电镜照片。

图5为实施例3中制备的层状磷材料的透射电镜照片。

图6为实施例1、2、3中制备的层状磷材料的拉曼图谱。

图7为实施例1、2、3中制备的层状磷材料的X射线光电子能谱图。

图8为实施例2中制备的层状磷材料的透射电镜照片。

图9为实施例3中制备的层状磷材料的透射电镜照片，选取边缘区域。

图10为实施例3中制备的层状磷材料的透射电镜照片，选取曲折垂直光源的边缘区域。

图11为实施例4中制备的层状磷材料的扫描电镜照片。

图12为实施例5中制备的层状磷材料的透射电镜照片。

图13为实施例6中制备的层状磷材料的扫描电镜照片。

图14为实施例7中制备的层状磷材料的扫描电镜照片。

具体实施方式

实施例1

室温下，将0.2克磷化钙粉末加入到10毫升的去离子水(反应溶剂)中，磁力搅拌10分钟后，加入10％稀盐酸清洗除掉反应生成的氢氧化钙，继续清洗并干燥即得到目标产物层状磷材料。

实施例2

除使用pH＝1的水溶液作为反应溶剂，其他与实施例1相同。

实施例3