[发明专利]一种二维量子片材料的量化制备方法

说明书

本发明涉及无机纳米材料的制备技术领域，提供了一种二维量子片材料的量化制备方法。本发明的制备方法主要包括以下步骤：将层状母相材料作为负极材料并根据工业流程制备获得软包电池，对软包电池进行充电，拆解充电后的软包电池，将负极取出后进行液相超声剥离；将剥离所得的分散液进行离心提纯即获得二维量子片材料的悬浮液。本发明可量化制备二维量子片材料，能够为诸多储能及能量转化器件如超级电容器、离子电池、电(光)催化提供具有高活性、高比表面积等特性的二维量子片材料。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料制备技术领域，特别涉及一种二维量子片材料的量化制备方法。

背景技术

对层状母相材料进行剥离可以获得具有单层厚度(厚度方向上的结构仅对应一个结构单元称为单层)的二维材料。研究最早、最为广泛的二维材料为石墨烯材料。石墨烯在力学、电学等方面表现出优异的性能，引发了世界范围内的广泛关注。同时，石墨烯也引发了研究者们对探索制备其他一些具有类石墨烯结构的二维材料的兴趣。近年来，研究者们制备获得了很多种类的二维材料并对他们的基本物性进行了研究。这些二维材料主要包括：过渡金属硫化合物、过渡金属硒化物、氮化硼、黑磷、硅烯、磷烯等。二维材料因具有独特的单层晶体结构，结合在厚度方向上的量子限域特性使得其具有不同于其母相块体材料的诸多物理化学特性。例如二维材料具有超薄、透明、柔韧、电导率可调等特性，在电学、磁学和光学领域都有着广泛的应用前景。二维材料有着非常大的比表面积、非常低的电子和离子固态扩散距离、非常丰富的暴露的反应活性位点，使得其在储能、催化等领域也具有广泛的应用前景。

二维量子片材料是一种在二维材料的基础上，进一步将其平面尺寸缩小为量子尺度(小于10纳米)的纳米材料。二维量子片材料因其量子尺寸效应和边缘效应会表现出特异的物理(如电学、光学、磁学等)和化学(如反应位点的活性、选择性等)特性。目前，二维量子片材料的制备方法主要有“自上而下”和“自下而上”的方法。“自上而下”的方法就是利用各种剥离结合碎化的技术将原始层状母相材料制备成二维量子片材料材料，这些方法包括液相超声法、化学离子插层法等；“自下而上”的方法则是利用化学反应合成制备得到二维量子片材料，这些方法主要包括溶剂热合成法、液相反应法等。

然而这些报道的实验方法通常反应条件苛刻、处理过程繁杂冗长，有时需要特殊的化学试剂和实验装置，且产率低下，仅适合实验室规模制备少量二维量子片用于研究。这些方法的固有缺点使得无法量化制备二维量子片材料，进而也影响了二维量子片材料的实际应用。因此，发展一种可量化制备二维量子片材料的技术方法具有重要的现实意义。

进一步检索到专利文献CN108698050A中公开了一种生产单层或少层石墨烯片的电化学方法，其记载了先通过电化学插层，然后使用超声处理、暴露于水溶液等处理，使碱金属离子插层的石墨化合物膨化并且从该碱金属离子插层的石墨化合物中分离六边形碳原子中间层(石墨烯平面)以生产孤立的石墨烯片。其是通过电化学插层碱金属离子进入石墨中，实现石墨的膨胀再进行剥离处理获得石墨烯片。该方法制备得到的是少层大片子石墨烯，而不是石墨烯量子片。且该专利不能用于制备过渡金属硫化物或硒化物的二维量子片，即不能使这些材料发生碎化成量子片尺寸。

发明内容

本发明针对现有二维量子片材料制备方法的不足，提供了一种产率高、产品质量好、可量化生产、工艺简单、绿色环保、成本低廉的二维量子片材料的量化制备方法。通过利用软包电池在控制的电流密度下进行电化学嵌Li，再进行剥离处理获得量子片。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种二维量子片材料的量化制备方法，包括以下步骤：

(1)将层状母相材料作为负极材料并根据工业流程制备成软包电池；

(2)对步骤(1)获得的软包电池进行充电至截止电压；

(3)拆解步骤(2)中已完成充电的软包电池，将负极取出后进行液相超声剥离获得分散液；