[发明专利]一种石墨炔的液相剥离方法

说明书

一种石墨炔的液相剥离方法，该方法包括：将石墨炔粉末或颗粒加入含SiF₆^2‑的碱金属或碱土金属盐的水溶液中搅拌分离，得到剥离的石墨炔。本申请的方法而制备的产品的产率约为75wt％。将制备的eGDY分散在异丙醇中，可以得到浓度高达5mg·mL^‑1的石墨炔分散液。利用原子力显微镜分析eGDY的厚度，发现约85％薄片的厚度为1‑5层，其中约18％为单层。同时，对比于未采用本申请方法处理的石墨炔颗粒或粉末，拉曼光谱、红外光谱、光电子能谱、高分辨透射电镜和快速傅立叶变换表征结果证明该剥离方法是基于非共价作用力的，并未在石墨炔结构中引入任何缺陷。

技术领域

本申请属于石墨炔材料制备技术领域，具体涉及一种石墨炔的液相剥离方法。

背景技术

基于原子外层轨道的四个价电子，碳元素能够以sp、sp²、sp³三种杂化方式来组合构建多种形态的碳的同素异形体，例如富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。这些材料在催化、传感、电子器件、能源存储与转化、生命科学等诸多领域中均展现出了令人瞩目的应用前景。研究证明，碳材料的几何结构、物理化学性质与碳原子间的杂化方式是密切相关的。因此，科学家们一直在探索不同杂化形式的碳原子所构成的新型碳材料，并期待其中更多新奇的物理化学性质。作为一种新型的二维碳材料，石墨炔(graphdiyne,GDY)是由1,3-二炔键将苯环连接形成的二维平面结构，具有大的共轭体系、均匀的孔洞、优良的半导体性能等特征。

发明内容

在2010年，中国科学院化学研究所李玉良课题组利用小分子在铜箔表面催化聚合的方法，首次制备了大面积的多层石墨炔薄膜，参见Guoxing Li et al.,Chem.Commun.,2010,46,3256–3258。

石墨炔的化学结构如式(Ⅰ)所示，是由1,3-二炔键将苯环连接形成的二维平面结构。在显微镜下观察到采用李玉良课题组报道的方法而制备的石墨炔呈块体状，这是因为石墨炔层间存在π-π堆积作用。

随着研究的深入，石墨炔在锂离子电池、油水分离、电催化、传感等领域表现出十分优异的性能。此外，已有研究报导，石墨炔的导电率与储锂能力表现出随膜厚降低而升高的关系，可以参考Xuemin Qian et al.,Sci.Rep.,2015,5,7756–7762；Changshui Huanget al.,Nano Energy,2015,11,481–489中的报道。为了探索几层甚至单层石墨炔的本征性质，研究人员们纷纷发展了超薄石墨炔的制备方法，例如化学气相沉积、液相外延生长、铜纳米线表面生长等。但是，这些方法往往存在操作复杂、合成条件苛刻的缺点，而且难以获得大量的单层石墨炔。因此，非常有必要去发展一种简易、高效、无损伤的石墨炔剥离方法，而液相剥离方法为这一需求提供了新途径。

在各种制备二维材料的方法中，液相剥离作为一种自上而下的典型策略，具备高产率、高质量、制备速度快的优势。结合超声、微波辐射、电化学插层等技术，液相剥离的机制主要有以下两种：一，带电荷物质插入层间或者交换层状中同种电荷的离子，能够增加层间距，降低层间相互吸引以及剥离所需的能量；二，超声辅助的纯溶剂剥离，与层状材料相似表面能的溶剂有助于二维薄片的分散与保存，避免其再次聚集。目前液相剥离已经被成功应用于获取多种层状材料的单层薄片，例如石墨烯、黑磷、二硫化钼、碳氮化合物等，而针对石墨炔的液相剥离方法则尚无报道。

为解决上述问题，本发明提供一种石墨炔的液相剥离方法，所述方法包括：将石墨炔粉末或颗粒加入含SiF₆^2-的碱金属或碱土金属盐的水溶液中搅拌分离，得到剥离的石墨炔(exfoliated GDY，eGDY)。