[发明专利]一种用于光催化降解染料废水的黑磷纳米片层的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于光催化降解染料废水的黑磷纳米片层的制备方法，该方法具体包括以下步骤：(1)多层黑磷的制备：将除去表面氧化层的赤磷置于研钵中研磨，之后进行机械球磨，得到多层黑磷；(2)黑磷纳米片层的制备：将多层黑磷与表面活性剂一起加入至水中，进行一次超声和一次离心后，收集上层清液并加入至水中，搅拌均匀后进行二次超声，再经二次离心后，得到固体沉淀，将该固体沉淀干燥后，即得到黑磷纳米片层。与现有技术相比，本发明制备工艺简单，制备效率高，适合规模化生产，且制备出的黑磷纳米片层具有更高的比表面积和带隙以及光催化活性，对染料废水中的亚甲基蓝等染色剂进行光催化高效降解。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种用于光催化降解染料废水的黑磷纳米片层的制备方法。

背景技术

近年来，二维纳米材料如石墨烯、过渡金属硫化物等，以其优异的物理和结构特性已经在电子、传感和光电器件等领域表现出非凡的应用潜力。其中，石墨烯作为最具代表性的二维材料，已经被广泛研究。石墨烯具有超高的载流子迁移率，但同时因缺乏带隙，严重阻碍了其在逻辑半导体器件如场效应晶体管中的应用。而作为过渡金属硫化物的代表——二硫化钼(MoS₂)具有明显的带隙，但其结构缺陷存在又会导致电子迁移率的降低。

近年来，具有单层或者少层黑磷原子层结构的黑磷烯，以其较高的载流子迁移率、可调节的直接带隙(根据其厚度决定带隙)、较大的开关比特性和各向异性等，逐渐成为最具潜力的适用于高性能电子和光电子器件的二维纳米材料。和石墨类似，黑磷的原子层间也是通过微弱的层间作用力而相互堆叠，并且这种作用力具有范德华力特征，故而使得机械剥离(如透明胶带撕分法)成为可靠的实验室技术来制备极少量的高质量黑磷纳米片层。由于黑磷纳米片层与普通多层黑磷相比，具有更高的比表面积和带隙，因此，黑磷纳米片层更适合应用于近红外和中红外光电设备。此外，还可利用黑磷纳米片层的光催化性能，制备出磷烯基光催化剂，用于高效降解染料废水，与普通多层黑磷相比，具有更好的光催化降解染料废水中的亚甲基蓝等染色剂的性能。

目前，已经有学者通过机械剥离法、化学气相沉积法等技术，制备出具有单层或者少层黑磷原子层结构的黑磷烯。但是，机械剥离法制备产率较低，不适合用来生产商业应用性材料，且操作繁琐、耗时长；而化学气相沉积法的制备量非常少，且不易重复。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够有效提高黑磷的光催化活性和稳定性，且适合规模化生产的用于光催化降解染料废水的黑磷纳米片层的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于光催化降解染料废水的黑磷纳米片层的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)多层黑磷的制备：将除去表面氧化层的赤磷置于研钵中研磨0.5-1h，得到多层黑磷前驱体，之后将多层黑磷前驱体在转速为400-600r/min下机械球磨24-48h，即得到多层黑磷；

(2)黑磷纳米片层的制备：将多层黑磷与表面活性剂一起加入至水中，进行一次超声后，得到混合溶液，将混合溶液进行一次离心后，收集上层清液，得到黑磷纳米片层前驱体，将黑磷纳米片层前驱体加入至水中，搅拌均匀后进行二次超声，之后进行二次离心，得到固体沉淀，将该固体沉淀干燥后，即得到所述的黑磷纳米片层。

作为优选的技术方案，所述的研钵为玛瑙研钵。

步骤(1)所述的除去表面氧化层的赤磷的制备方法为：将赤磷与水一起加入至水热釜中，在190-210℃下反应10-15h，反应结束后，取出固体，干燥后即得到除去表面氧化层的赤磷。通过在水热釜中对赤磷进行高温热蒸，以除去赤磷表面的氧化层。

在制备除去表面氧化层的赤磷过程中，每1mL水中加入0.1-0.2g赤磷。

步骤(1)所述的机械球磨过程中，同时充入氩气进行保护，防止多层黑磷前驱体被氧化。