[发明专利]一种黑磷烯气凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种黑磷烯气凝胶及其制备方法和应用。所述气凝胶是一种三维网络结构的无机气凝胶，其通过超声分散于有机溶剂中的二维黑磷纳米片，并经冷冻干燥制备而得。与现有制备气凝胶方法不同，本发明无需使用化学交联剂，仅利用二维黑磷纳米片层间的自交联组装即可形成气凝胶；该制备过程步骤简单、操作方便，短时高效，且对环境和材料表面无污染，该黑磷烯气凝胶具有较低的密度、较高的孔隙率和比表面积以及较好的光热转换特性，制备的黑磷烯气凝胶最大程度地发挥了黑磷烯和气凝胶的优异特性，在吸附和储能材料领域具有很高的应用前景。

技术领域

本发明涉及气凝胶材料领域，具体涉及一种黑磷烯气凝胶及其制备方法

背景技术

作为一种新型的多孔结构材料，气凝胶具有较小的密度、丰富的孔道结构及较高的比表面积等优异特性，因此其在化学化工、生物医药、航空航天、军事交通等领域得到了广泛的应用。自发现二氧化硅气凝胶以来，各种新型材料气凝胶也相继出现，例如三氧化二铝气凝胶、碳化钛气凝胶以及石墨烯气凝胶等。

近年来，一种新型的直接带隙二维半导体材料—黑磷烯，成为人们研究的热点。相比于其它的二维材料，黑磷烯具有很多独特的优势。例如，黑磷烯的带隙(0.3～2.0eV)可以在很大范围内通过层数调节，实现从近红外到可见光不同波段的光吸收；黑磷烯的载流子迁移率可以达到10³cm²/(V·s)，还具有高达10⁵的开关比。这些优异的特性使黑磷烯在光学器件、光热治疗等领域显示出极大的潜在应用。

但目前大多数黑磷烯的研究以黑磷烯纳米片或黑磷烯量子点为主，这在某种程度上限制了其进一步的发展与应用。近期，中国专利文献CN106744853A公开了一种石墨烯/黑磷纳米片/含氮离子液体复合气凝胶及其制备方法，是将含有黑磷纳米片、含氮离子液体的溶液、氧化石墨烯水溶液以及还原剂混合，在无氧条件下加热反应形成湿凝胶，然后再除去还原剂，经冷冻干燥后形成气凝胶。但该制备方法过程比较复杂，使用的水溶液有可能会氧化或破坏黑磷纳米片，且残留的还原剂会对复合气凝胶的性能具有一定的影响。因此，若能采用简单易行的制备方法，利用纯的黑磷烯自组装形成三维网络结构的气凝胶，且该黑磷烯气凝胶集合黑磷烯和气凝胶的优点，显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较低的密度、较高的孔隙率和比表面积以及优良的光热转换性能的黑磷烯气凝胶。

本发明的另一目的是提供该黑磷烯气凝胶的制备方法，及其作为吸附材料在环保领域和作为储能材料在能源领域中的应用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种黑磷烯气凝胶，所述气凝胶具有由二维黑磷组成的三维网络结构，所述黑磷烯气凝胶的光热转换效率为5～25％，密度为0.2～20mg/cm³，孔隙率为75～95％，比表面积为100～2000m²/g。

优选的，所述黑磷烯气凝胶的光热转换效率为8～20％，密度为2～15mg/cm³，孔隙率为80～95％，比表面积为300～1500m²/g。

优选的，所述黑磷烯气凝胶的光热转换效率为10～18％，密度为5～12mg/cm³，孔隙率为80～85％，比表面积为500～1000m²/g。

更具体的，所述黑磷烯气凝胶的光热转换效率可以为10％、18％、20％和25％等，密度可以为0.2mg/cm³、0.5mg/cm³、1mg/cm³、1.5mg/cm³等，孔隙率可以为80％、88％、92％和95％等，比表面积为800m²/g、1200m²/g、1800m²/g和2000m²/g等。