[发明专利]二维材料量子片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，涉及二维材料量子片及其制备方法。

背景技术

2004年Andre Geim和Konstantin Novoselov首次利用机械剥离法获得了单层石墨烯，随后以石墨烯为代表的二维材料逐渐为人们所认知与利用。其中，除石墨烯外，具有代表性的二维材料还包括六方氮化硼、过渡金属二硫族化合物(TMDs)、石墨相氮化碳(g-C₃N₄)、二维过渡金属碳化物或碳氮化物(MXenes)、黑磷等。

二维材料作为一种新颖而独特的材料，已经引起人们越来越多的研究兴趣，如何实现单层或少层二维材料的规模制备自然就成为当前的研究热点之一。另一方面，本征无缺陷二维材料量子点具有广阔的研究和应用前景，然而现阶段其匮乏的制备方法成为了制约其进一步推进的关键技术瓶颈之一。因此开发二维材料量子点的通用制备方法具有重大的理论和现实意义。

二维材料量子点的制备策略主要可分为“自下而上”和“自上而下”两大类，其中“自下而上”方法主要是通过化学合成、分子组装或前驱体转化的方法获得，而“自上而下”方法则借助超声、球磨等物理作用或通过水/溶剂热、刻蚀、电化学等化学过程获得。其中，利用“自下而上”方法合成二维材料量子点的报道相对较少，这主要由于“自下而上”方法对于反应条件要求较高，且使用的原料毒性较大，难以大规模生产。中国专利CN105129748A中采用了“自下而上”的方法制备了过渡金属二硫族化合物量子点，尽管其具有较好的通用性，但是其反应条件较为苛刻，需要严格的惰性气体环境和280-350℃的反应温度，同时使用到毒性较大的原料，如三辛基氧膦和金属羰基化合物等。Nano Lett.2010,10,1869在溶液中利用逐步有机反应，成功制备了石墨烯量子点。但其产率较低，且最终获得的产物很容易产生团聚而影响其性能。文献和专利中报道较多的是“自上而下”的方法，该方法具有成本低廉、工艺简单等优点。中国专利CN102616774A,CN102660270A分别利用水热法和溶剂热法制备得到了具有明显荧光效应且可调控的石墨烯量子点，所获得的量子点荧光产率较高，在荧光纳米材料领域具有较大的潜力。中国专利CN105271411A采用超声与溶剂热相结合的方法，先将二硫化钼原料分散于无水乙醇中，再加入氢氧化钠进行超声，随后在反应釜中对样品进行溶剂热反应，最终获得二硫化钼量子点。Adv.Mater.2017,29,1604847中采用水热法，制备得到了水溶性的单层Ti₃C₂量子点，其量子产率约为10％，可用于细胞的荧光标记。尽管水/溶剂热法有较多的报道，但是该法条件较为苛刻，大规模生产较为困难。中国专利CN104445088A中采用“刻蚀法”，即将MoS₂和BN等化合物加入水或醇类溶剂中，再加入过氧化氢，辅以深紫外LED灯辐照，从而获得对应化合物的量子点。过氧化氢的使用使得产物复杂化，深紫外LED灯又会带来额外成本，不太适于大规模生产。中国专利CN105543882A利用电化学插层的方法在有机溶剂中分解黑磷晶体从而获得黑磷量子点。该方法尽管较为有效，但是其适合实验室研究，较难实现规模化制备。Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,5425中采用机械法与超声相结合的方法，先将过渡金属二硫族化合物进行湿法手工研磨，再超声处理，然后重复上述步骤，最终可获得一系列不同过渡金属二硫族化合物量子点。这种方法尽管较为简单，但是手工研磨方法只适用于少量制备，大规模生产的可能性较低。

迄今为止，文献和专利中所报道的二维材料量子点的制备方法，均存在以下普遍问题：如成本较高、工艺复杂、原料毒性较大、操作困难等，而且产率较低，难以满足大规模生产的需求。这就迫切需要大力开发简单、高效、低成本的通用方法，用于制备二维材料量子点，而且制备方法上的突破势必会大大加速其工业化进程。

发明内容

本发明的目的是提供二维材料量子片及其制备方法，用于解决现有技术中二维材料量子片制备工艺复杂、通用性差、难以实现大规模生产的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供二维材料量子片及其制备方法，包括以下步骤：

(1)将二维材料原料、无机物和球磨球混合，进行球磨；

(2)将球磨产物和球磨球分离，向球磨产物中加入溶剂得到分散液，进行超声；

(3)对超声产物进行抽滤，抽滤中使用的滤膜的孔径小于无机物的粒径，对得到的滤液进行离心分离，得到二维材料量子片的分散液。