[发明专利]一种羟基化黑磷量子点水基溶液的制备方法和应用

说明书

本发明公开了属于新型纳米材料技术领域的一种羟基化黑磷量子点水基溶液的制备方法和应用。具体包括以下步骤：(1)将醇类有机溶剂加入黑磷中，经球磨、离心分离取上清液；(2)将步骤(1)所得上清液离心分离或旋转蒸发后，向所得沉淀物中加入水或醇水混合物，得到羟基化黑磷量子点水基溶液。本发明所制备羟基化黑磷量子点水溶液具有超低的摩擦系数和高抗磨性；能应用于制备薄膜晶体管材料、电池的负极材料、柔性显示材料、LED材料、光开关材料、生物传感器材料、光动力治疗试剂或光热治疗试剂、水基润滑液。

技术领域

本发明属于新型纳米材料技术领域，特别涉及一种羟基化黑磷量子点水基溶液的制备方法和应用。

背景技术

磷有红磷、白磷和黑磷三种常见的同素异形体，其中黑磷的形态最为稳定。黑磷具有与石墨类似的天然片层结构，层内由sp³杂化的磷原子以蜂窝状的褶皱形式连接，层与层之间以弱范德华力相连。黑磷独特的结构使其具有良好的光电转化效率、较高的电子迁移率和极好的生物相容性，在薄膜晶体管、光电探测、光控电子元件、电致发光领域、生物医学领域都具有很好的应用前景，然而，黑磷在润滑领域的应用研究还相对较少；目前存在的润滑产品摩擦系数普遍在0.1左右，开发更低摩擦系数润滑液产品对降低能源消耗和资源浪费具有重要意义。

目前，黑磷的价格仍十分昂贵，主要原因是制备条件苛刻，工艺成本高。黑磷的传统制备方法是采用白磷或红磷为原料，在高温(高于200℃)高压(高于1.2GPa)下反应制备。直到2007年才出现关于使用矿化剂催化，在低压条件制备黑磷的报道，被称为“矿化法”。矿化法在制备中需要采用Au、Sn和SnI₄作为矿化剂，虽然使黑磷的制备成本有所降低，但是仍高于作为润滑剂使用的成本要求，进一步降低黑磷的生产成本仍是重要任务之一。

目前，黑磷量子点主要采用超声剥离法或溶剂热法制备，这些方法的特点是耗时耗能、操作繁琐，且黑磷量子点的产率很低，同时，所制备的黑磷量子点极易发生退化，从而限制了黑磷量子点进一步的发展应用。

综上，目前存在的主要问题是：1)需开发摩擦系数低的润滑液，黑磷具有巨大应用潜力；2)黑磷的制备成本偏高，急需开发低成本制备工艺；3)尚缺少低成本、高产率的黑磷量子点制备方法；4)黑磷量子点的稳定性有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种羟基化黑磷量子点水基溶液的制备方法和应用，具体技术方案如下：

一种羟基化黑磷量子点水基溶液的制备方法，其特征在于，包括步骤：

(1)将醇类有机溶剂加入黑磷粉末中，经球磨、离心分离取上清液；

(2)将步骤(1)所得上清液离心分离或旋转蒸发后，向所得沉淀物中加入水或醇水混合物，得到羟基化黑磷量子点水基溶液。

所述步骤(1)中黑磷粉末为以红磷为原料，在惰性气氛下高速球磨得到的超细黑磷粉末；

或者，所述步骤(1)中黑磷粉末为以黑磷块体和/或黑磷晶体粉末为原料，在惰性气氛下球磨得到的超细黑磷粉末。

所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气。

所述球磨或高速球磨在现有技术中能实现球磨或高速球磨的装置中进行，如在高能球磨罐中进行。

以红磷为原料制备超细黑磷粉末的过程中，所述红磷纯度大于98.5％，粒径为0.1～50μm；球磨过程中，钢球和红磷的质量比为20:1～50:1；球磨机转速为600～1200rpm，球磨时间为2～48h。

以黑磷块体和/或黑磷晶体粉末为原料制备超细黑磷粉末的过程中，所述黑磷块体和/或黑磷晶体粉末为商购，球磨速度为200rpm。

所述步骤(1)中醇类有机溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、苯甲醇中的一种或几种；黑磷粉末与醇类有机溶剂质量比为1:10～1:50。