[发明专利]一种石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开一种石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶，包括石墨烯三维骨架、以及负载在所述石墨烯三维骨架上的黑磷量子点和含硫离子液体，其中所述黑磷量子点被所述含硫离子液体包裹，所述石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶具有三维多孔网状结构。所述石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶具有高弹性、高回复性、高导电性，且具有十分优异的稳定性，其丰富了黑磷的产品形式，拓展了黑磷的应用范围。本发明还提供了该石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶的制备方法。

技术领域

本发明属于无极纳米材料制备领域，具体涉及一种石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶及其制备方法。

背景技术

黑磷(Black phosphorene)是一种新型直接带隙二维材料，其带隙可从0.3eV(本体状态)到1.5eV(单层)通过其层数进行调节，可以吸收从可见光到通讯用红外线范围波长的光，加之其较高的载流子迁移率(黑磷厚度为10nm时可高达1000cm²˙v^-1˙s^-1)和较高的通断比(10⁴)，使得其在半导体领域、光电领域以及光热领域等显示出极大的潜在优势。

在实际应用中，黑磷块体需要被剥离成单层、少层或多层黑磷(即磷烯)才能发挥其优异的性能。目前，大多数研究报道都是基于二维黑磷量子点或者黑磷量子点，暂未见任何关于黑磷气凝胶的研究报道。而二维黑磷量子点或者黑磷量子点多是以粉末或者溶液的形式存在，这导致这些黑磷材料在使用后不便于回收再利用。另外，二维黑磷量子点或者黑磷量子点的稳定性问题依然是一个极其重要的研究课题。然而，如果黑磷能够形成三维结构，诸如凝胶/气凝胶、海绵状结构等，不仅能够解决黑磷的稳定性问题，而且能够充分发掘黑磷的潜在应用，诸如在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、铝离子电池、水处理、半导体、光电、光热、医学等领域中的应用。因此，开发一种基于黑磷的气凝胶非常重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶，所述石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶具有高弹性、高回复性和高导电性，且具有十分优异的稳定性，其丰富了黑磷的产品形式，拓展了黑磷的应用范围。

第一方面，本发明提供了一种石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶，，所述石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶包括石墨烯三维骨架、以及负载在所述石墨烯三维骨架上的黑磷量子点和含硫离子液体，其中所述黑磷量子点被所述含硫离子液体包裹，所述石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶具有三维多孔网状结构。

由于黑磷量子点之间相互作用较弱，无法通过自组装行为来搭建纯黑磷量子点的凝胶，所以需要借助一种三维多孔材料作为载体来形成凝胶。而石墨烯的强疏水性、石墨烯片层之间的π-π堆积作用以及受限空间的影响，石墨烯容易发生自组装行为形成石墨烯水凝胶，并可作为载体而负载/吸附其它纳米无机材料。

本发明的石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶，以石墨烯三维骨架作为载体，其中，含硫离子液体的阳离子(带正电荷)与黑磷量子点具有一定的“阳离子-n电子”的相互作用，从而使得黑磷量子点被含硫离子液体所包覆，这不仅阻止了黑磷量子点之间的团聚并显著提高了黑磷量子点的分散性，且大大提高了黑磷量子点的稳定性，避免了氧气和水对黑磷量子点的降解作用。另外，含硫离子液体还与石墨烯表面存在“阳离子-π/π-π”相互作用，使得黑磷量子点能够吸附在石墨烯的表面，从而能够最终形成均一、稳定的石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶。

优选地，所述石墨烯/黑磷量子点/含硫离子液体复合气凝胶的气孔率为70％-94％。

优选地，所述石墨烯三维骨架与黑磷量子点的质量比为1：(0.375-8)。进一步优选地，所述石墨烯三维骨架与黑磷量子点的质量比为1：(2.5-8)。