[发明专利]一种用于二维材料表面非对称组装及修饰纳米结构的制备方法

说明书

本发明提供了一种用于二维材料表面非对称组装及修饰纳米结构的制备方法，提供水溶液体系、油相体系、反应催化剂、二维材料、碳材料前驱体、二氧化硅前驱体以及调节剂，将所述水溶液体系与油相体系混合以形成乳液体系，再向乳液体系中添加二维材料并混匀，最后向乳液体系中添加碳材料前驱体、二氧化硅前驱体以及反应催化剂，混匀并反应，制得表面非对称组装及修饰纳米结构的二维材料。本发明用于二维材料表面非对称组装及修饰纳米结构的制备方法能够实现二维材料表面结构的精准调控，材料表面孔道结构的调控，以及材料表面官能团的调控。

技术领域

本发明涉及二维材料加工技术领域，具体涉及一种用于二维材料表面非对称组装及修饰纳米结构的制备方法。

背景技术

二维纳米材料由于其独特的光热特性、高堆积密度和大的比表面积成为了极具潜力的生物医药材料。目前已经开发了很多种二维纳米材料，例如二维六方氮化硼、过渡金属二硫属化合物、主族硫属化合物、金属有机物框架以及III族、IV族、V族单元素二维材料(MXene)等。二维纳米材料的表面化学成分及状态对其生物载药、靶向性等性能影响较大，可以通过可控气氛热处理、有机分子交换、化学气相沉积法等方式在其表面修饰上终端官能团或者纳米结构，以期获得优异的生物载药能力和靶向性。当二维材料只有一侧表面被修饰上其他纳米结构或官能团，而二维材料的另外一侧保持不变时，此时的二维材料具有异质结材料的特性，例如更加优异的电子传到特性，较高的细胞靶向性和细胞递送能力，有望被应用于生物传感器、药物/基因传递、燃料电池和锂电池等方面。

如何采用简单易行的制备方法用于二维材料表面纳米结构组装和表面修饰具有重要的意义。制备二维材料异质结的普遍方法为先将二维材料剥离成单层或少层结构，通过在单层或少层二维材料薄片上通过水热法、气相沉积法等构建异质结结构，该过程通常复杂，损耗大，成本高，且制备的材料结构均一性较差。例如，专利公开号为CN 110117807A，专利名称为一种二维材料-过渡金属异质结薄片的制备方法的专利公开了通过在电场下将体相结构的二维材料剥离成少层的薄片，并制备成具有异质结结构材料。该方法通过将二维材料作为工作电极，通过通电作用，使二维材料分层，再加入过渡金属阳离子后，通过持续通电，即制备得到二维材料异质结纳米片。但该方法只能制备带有过渡金属阳离子的二维材料异质结材料。专利公开号为CN 107039285B，专利名称为一种二维材料横向异质结、制备及其应用的专利公开了通过气相沉积法制备得到二维材料横向异质结材料。该方法首先在基底表面进行气相沉积制备得到第一种二维材料，之后将另一种材料的粉末在载气气流下加热至生长温度，之后在第一种二维材料的外沿生长第二种材料得到二维横向异质结材料。但该方法涉及较高反应温度和较复杂反应装置，以及该方法制备的二维异质结材料是横向异质结材料，无法在二维材料表面进行纳米组装及官能团修饰。专利公开号CN109928383A，专利名称为离子液体基皮克林乳液法制备石墨烯/多孔碳材料的制备方法公开了通过离子液体与水混合乳液体系制备二维石墨烯/多孔碳复合材料。该方法通过在160℃～200℃高温下碳源与二维石墨烯表面聚合得到复合材料前驱体。后续通过碳化等步骤得到二维石墨烯/多孔碳复合材料。该方法反应过程温度较高，也未涉及表面官能团修饰以及其他组成的纳米材料在二维石墨烯表面进行组装。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于二维材料表面非对称组装及修饰纳米结构的制备方法，以解决上述现有用于二维材料表面非对称组装及修饰的缺陷。

第一方面，本发明提供了一种用于二维材料表面非对称组装及修饰纳米结构的制备方法，提供水溶液体系、油相体系、反应催化剂、二维材料、碳材料前驱体、二氧化硅前驱体以及调节剂，将所述水溶液体系与油相体系混合以形成乳液体系，再向乳液体系中添加二维材料并混匀，最后向乳液体系中添加碳材料前驱体、二氧化硅前驱体以及反应催化剂，混匀并反应，制得表面非对称组装及修饰纳米结构的二维材料；

所述碳材料前驱体包括酚类和醛类，所述酚类和醛类在乳液体系水相中聚合形成酚醛树脂，所述二氧化硅前驱体在乳液体系水相中反应形成纳米结构。