[发明专利]一种黑磷纳米材料的制备方法

说明书

一种黑磷纳米材料的制备方法，具体步骤为：(1)将红磷粉末与铋粉末混合；(2)将混合后的粉末放入高能球磨罐球磨，球料比为5:1～50:1，转速为100r/min～2000r/min，球磨时间为10min‑100h；(3)将球磨后的粉末放入热处理炉中，加热到400～600℃，保温1～24h，然后经过10h～60h缓慢冷却至100～300℃，之后随炉冷却至室温。本发明可制备出厚度范围为微米级别到纳米级的黑磷纳米带材。

技术领域

本发明涉及黑磷材料制备领域，特别涉及一种黑磷纳米材料的制备方法。

背景技术

二维材料因其独特的微观结构和物理特化，在半导体电子学、能源材料以及催化等领域得到广泛而深入的研究。在半导体光电子领域，电子迁移率极高的石墨烯和开关特性优异的过渡金属硫化物分别在高频器件和低功耗器件中具备良好的应用前景，但寻找一种能兼具两者优点的材料体系仍然是二维材料研究中的热点。黑磷，是磷最稳定的一种同素异形体，它有着类似但不同于石墨烯片层装结构的波形层状结构，这种独特的波形层状结构赋予了黑磷许多独特的理化性质，如黑磷具备石墨烯所没有的半导体直接带隙，拥有超出过渡金属硫化物二维材料的电子迁移率～1,000cm²V^-1s^-1，其电子结构呈显著的层数依赖关系，且具备良好的电输运特性，因而能成为二维材料中继石墨烯和过渡金属硫化物之后重要补充；并且黑磷具备独特的各向异性光电特性，在各向异性纳米光电子器件中具备良好的应用前景。

黑磷的研究虽然经历了几十年，但是直到2014年才可以制备出只有几层厚度的黑磷烯。黑磷的制备条件非常苛刻，虽然可以由白磷或红磷直接制备得到黑磷，但是其制备过程需要极高的压力。例如，在高达几个GPa的压力下由红磷制备大尺寸单晶黑磷。而在低压下从红磷生长出黑磷则需要使用催化剂，例如，金/锡等。为了避免高压，也可以在合成过程中使用汞或铋从而在室压下由白磷制备出黑磷。但是必须提到到的是，白磷具有剧毒。此外，黑磷对于空气和湿度非常敏感，需要在高真空下进行剥离和表面保护处理。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种黑磷纳米材料的制备方法。

本发明一种黑磷纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将红磷粉末与铋粉末进行混合；

(2)将混合后的红磷粉末与铋粉末放入高能球磨罐球磨，球料比为5:1～50:1，转速为100r/min～2000r/min，球磨时间为10min-100h；

(3)将球磨后的粉末进行热处理，所述热处理具体为：将经步骤(2)球磨后的粉末放入放入热处理炉中，，加热温度为到400℃～600℃，保温1～24h，然后经过10h～60h缓慢冷却至100℃～300℃，之后随炉冷却至室温。

进一步地，上述所述方法步骤(1)中，所述红磷粉末与铋粉末的质量百分比为1:1～1:10。

进一步地，所述步骤(1)中，所述红磷粉末和铋粉末的纯度不低于90％。

进一步地，所述步骤(1)上述方法中，所述红磷粉末和铋粉末的粒度为10～1000μm。

进一步地，由上述方法制备得到的黑磷纳米材料包括带状和粉末状。

进一步地，由上述方法制备得到的黑磷纳米带材的厚度范围为微米级别到纳米级别。

目前现有的合成黑磷的方法高毒性，产量低，高压制备成本较高的特点相比，本发明制备黑磷的步骤简单，常压生成、无毒性、可操作性强。

附图说明

图1本发明实施例提供的黑磷薄带的SEM照片；

图2本发明实施例提供的黑磷薄带的SEM照片；