[发明专利]一种纳米黑磷的制备方法

说明书

本发明公开一种纳米黑磷的制备方法，属于纳米材料制备领域；该方法是在惰性气氛下，将红磷或金属磷化物和含有六元环结构的二维材料在溶剂存在下混合研磨后负载到集流体上，作为可充电电池的负极材料组装电池，在电压0.01～3.0V范围内先后进行恒流放电和充电；充电结束后，在惰性气氛下，拆开电池，取出负极材料，依次用有机溶剂和水进行洗涤，离心后收集上清液，即得纳米黑磷分散液；本发明方法具有低成本、能耗低、可控性强等特点，可以获得不同种类的纳米黑磷，且制备出的纳米黑磷结晶度高、厚度小，在储能、催化、阻燃、医药及光电子器件等领域有着很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种纳米黑磷的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

纳米黑磷由于具有高载流子迁移率、好的各向异性、高开关比等性能，使其在储能、气体传感器、生物医药、光电子器件等领域有着很好的应用前景。已报道的纳米黑磷的制备方法包括溶剂热法、化学气相沉积法、机械剥离法及液相剥离法等。其中，溶剂热法制得的纳米黑磷晶型较差，难以应用；化学气相沉积法沉积条件比较苛刻，设备要求高；机械剥离法在制备的过程中存在劳动成本高、耗时长等缺点，并且在剥离的过程中纳米黑磷容易被氧化；液相剥离法在剥离过程中的存在强的超声波或者剪切力,使得纳米黑磷的结构遭到破坏。CN201811275750.4公开了一种电化学辅助制备黑磷量子点的方法，CN201910808196.X公开了一种电化学辅助制备黑磷纳米带的方法。但是，它们都以价格高昂的黑磷为原料，增加了原料成本。因此，开发一种低成本、多种类的纳米黑磷的制备方法对促进纳米黑磷的应用具有重要意义。

发明内容

针对纳米黑磷现有制备方法存在的问题，本发明提供了一种纳米黑磷的制备方法，该方法不以价格高昂的黑磷为原料，而选择价格低廉的红磷或金属磷化物，节约了原料成本，体现了本发明低成本的特点；本发明通过控制充放电的电压范围，可制备出黑磷烯、黑磷量子点、黑磷纳米带等多种类的纳米黑磷，本发明方法可控性强，能制备多种类型的纳米黑磷；本发明制备的纳米黑磷可应用在储能、催化、阻燃、医药及光电子器件等多领域。

本发明纳米黑磷的制备方法如下：

（1）在惰性气氛下，将红磷或金属磷化物和含有六元环结构的二维材料在溶剂存在下混合研磨后负载到集流体上，作为可充电电池的负极材料组装电池，在电压0.01～3.0V下先后进行恒流放电和充电；

所述金属磷化物为FeP、CoP、Ni₂P、Cu₃P、Sn₄P₃、Zn₃P₂或Se₄P₄；

所述含有六元环结构的二维材料为石墨烯、六方氮化硼、石墨相氮化碳（g-C₃N₄）或有机共价材料（COFs）；

所述红磷或金属磷化物与含有六元环结构的二维材料的质量比为50~75: 25~50；

所述集流体为泡沫镍或泡沫铜；溶剂为丙酮或无水乙醇

所述负载方式包括超声或喷涂；

所述可充电电池为钠离子电池、锂离子电池或钾离子电池；

所述惰性气氛为氮气、氩气、氦气中的一种或几种；

（2）步骤（1）充电结束后，在惰性气氛下，拆开电池，取出负极材料，依次用有机溶剂和水进行洗涤，离心后收集上清液，即得纳米黑磷分散液；

所述有机溶剂为丙酮或无水乙醇，水为去离子水或超纯水；

所述洗涤方式为超声、振荡、搅拌或摇晃；

所述离心转速为3000 ~12000r/min，时间为5~60min；