[发明专利]一种利用模板法制备单晶黑磷纳米线的方法

说明书

本发明涉及一种利用模板法制备单晶黑磷纳米线的方法，利用阳极氧化的方法制备阳极氧化铝模板AAO，浸泡于氯化铜溶液中去基底，再与红磷混合进行反应，使得腔内的红磷转化为熔融的白磷，再使得熔融的白磷注入到AAO孔洞内，使得AAO孔洞内的白磷转化为黑磷，最后用NaOH溶液溶解AAO模板继而得到黑磷纳米线。通过控制AAO模板的孔洞直径来控制黑磷纳米线的尺寸，合成不同尺寸的具有均一性好，结晶质高，稳定性好的黑磷纳米线，采用的高温高压技术具有耗时短，可控性好、重复性高、产量高、清洁环保和成本低等优点。不仅为探索黑磷材料的新特性开辟了一个新维度，而且为快速高效的大规模制造提供了一维结构工程策略。

技术领域

本发明属于先进材料合成领域，涉及一种利用模板法制备单晶黑磷纳米线的方法，以一种简单、可控、高效的模板制备单晶黑磷纳米线的高温高压技术。

背景技术

二维层状材料因具备优越、独特的性能而备受半导体材料研究领域的高度重视。近年来，作为二维材料的新型继承者——黑磷烯，已经通过剥离的方法从块体黑磷中获得，由于其具有随层数可调的直接带隙、高的迁移率、大的比表面积以及出色的面内各向异性，在太阳能电池、晶体管、光电探测器、光催化、超级电容器和化学传感器等领域得到广泛的应用。同时，对黑磷的研究不仅仅局限在二维角度，研究者还开发了其他形式的黑磷纳米结构，例如，Lee等人成功制备了具有蓝色和绿色荧光细胞成像效果的黑磷纳米颗粒，见文献：H.U.Lee,S.Y.Park,S.C.Lee,S.Choi,S.Seo,H.Kim,J.Won,K.Choi,K.S.Kang,H.G.Park,H.-S.Kim,H.R.An,K.H.Jeong,Y.C.Lee,J.Lee,Small 2016,12,214.。Zhang等人实现了制备黑磷量子点的突破，黑磷量子点由于强量子约束和边缘效应从而呈现出更为诱人的特性，见文献：X.Zhang,H.Xie,Z.Liu,C.Tan,Z.Luo,H.Li,J.Lin,L.Sun,W.Chen,Z.Xu,L.Xie,W.Huang,H.Zhang,Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,3653.。但是零维和二维黑磷的不稳定性阻碍了它们更为广泛的实际应用，因此，开发一种具有极高稳定性的黑磷材料的新型纳米结构显得尤为重要。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种利用模板法制备单晶黑磷纳米线的方法，针对上述零维和二维黑磷不稳定性在实际应用中的不足，提供一种稳定性好，结晶质量高，均一性好的一维单晶黑磷纳米线的制备方法。

技术方案

一种利用模板法制备单晶黑磷纳米线的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用阳极氧化的方法制备得阳极氧化铝模板AAO，以氯化铜溶液CuCl₂·5H₂O去基底，再浸泡在磷酸溶液中，以温度为0-60℃的水浴加热小于100min后进行扩孔，最后，将扩孔所得的阳极氧化铝模板AAO用蒸馏水清洗数次，放置于干燥箱内进行烘干；

步骤2：将阳极氧化铝模板AAO与红磷1～100:1比例混合，研磨，置于密封的石英管中，装入高温高压仪器进行反应；

1、在压强为0～4GPa，温度为200～1200℃，反应时间为小于2h，使得高压腔内红磷转化为熔融的白磷；

2、在压强为0～4GPa，温度为400～1800℃，反应时间为小于2h，使得熔融的白磷注入到阳极氧化铝模板AAO孔洞内，再增加到一定的温度，反应数小时后，使得阳极氧化铝模板AAO孔洞内熔融的白磷转化为黑磷；

步骤3：将步骤2得到的非晶阳极氧化铝模板AAO浸泡在NaOH溶液溶解，浸泡时间为1-100h；洗涤，干燥得到黑磷纳米线。

所述氯化铜溶液CuCl₂·5H₂O的浓度为0～1mol/L。