[发明专利]一种采用液相剥离法制备二维纳米片材料的方法

说明书

本发明公开了一种采用液相剥离法制备二维纳米片材料的方法，包括以下步骤：(1)将层状三维材料和植物多酚加入水中混合均匀形成混合液，进行超声处理；(2)将超声处理后的混合液进行离心分离，分离出的上清液为二维纳米片材料水溶液；(3)将二维纳米片材料水溶液进行干燥，得到二维纳米片材料粉末。本发明的制备方法是通过天然植物多酚作为添加剂辅助超声液相剥离各种层状三维材料成二维纳米片材料，植物多酚具有超强粘附力，可以快速吸附到各种二维纳米片表面，这种强的作用力赋予该方法具有优秀的普适性和高效性。

技术领域

本发明涉及二维纳米片材料的制备技术领域，尤其涉及一种采用液相剥离法制备二维纳米片材料的方法。

背景技术

二维纳米片材料因其优异的电学、光学、力学和电化学特性而备受人们青睐，现已在能源储存，环境修复，光电，催化和传感器等方面获得广泛应用，表现出无与伦比的性能。近年来，研究者开发出一系列二维片层材料，例如石墨烯，氮化硼(h-BN)，过渡金属硫化物(MoS2，WS2，MoSe2，WSe2)，石墨碳氮化物(g-C3N4)和黑磷(BP)等。这些单层二维纳米材料只有原子级别厚，层与层之间通过范德华力堆叠而成宏观上三维层状材料。

制备这些二维纳米片材料方法有很多，包括机械剥离法、液相剥离法、电化学剥离法、化学气相沉积法和水热法等。其中液相剥离法易于操作，便于大面积生产而被广泛地研究。

例如，研究者用丁基锂成功将Li离子插入MoS2片层之间，利用生成的氢气克服片层之间的范德华力制备高质量片层二维材料，但是插层过程中形成的LixMoS2十分危险，在空气中不稳定易于燃烧，并且整个插层剥离过程长达数天(Ramakrishna Matte H.S.S.，Gomathi A.，Manna A.K.，et al.MoS2and WS2analogues of graphene[J].AngewandteChemie International Edition，2010，49(24)：4059-4062.)。

为了进一步简化剥离过程，研究者利用有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)在超声的辅助下直接将二维材料剥离(Coleman J.N.，Lotya M.，O’Neill A.，et al.Two-dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials[J].Science，2011，331(6017)：568-571)。这种方法简单便于大规模制备，但是只有表面张力匹配的溶剂才能够使用，并且这些溶剂都是高沸点的溶剂，这样就造成残留于片层的溶剂难以除去，会影响后续的性能。另外，NMP(N-甲基吡咯烷酮)是有毒性的，不符合绿色环保的理念。

基于此，开发一种方法利用绿色的溶剂剥离制备二维纳米片材料很有必要。2016年，研究者成功在水里通过超声的方法成功剥离出片层WS2，但是剥离出来的纳米片在水中不稳定，容易再次通过范德华力堆叠在一起，并且剥离的效率不高(Pan L.，Liu Y.T.，XieX.M.，et al.Facile and Green Production of Impurity-Free Aqueous Solutions ofWS2 Nanosheets by Direct Exfoliation in Water[J].Small，2016，12(48)：6703-6713)。

为了提高剥离出二维纳米片的稳定性，许多研究者尝试在剥离过程添加各种添加剂辅助剥离，得到稳定的二维纳米片。常用的添加剂有表面活性剂、蛋白质、DNA、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、海藻酸钠、巯基配体和二亚乙基三胺等。但是这些方法的剥离效率仍然很低，很多需要很长的超声时间，甚至长达几天。

发明内容