[发明专利]一种盐酸辅助液相氧化制备高结晶度和厚度均一硼烯的方法

说明书

本发明公开了一种盐酸辅助液相氧化制备高结晶度和厚度均一硼烯的方法，该方法以层状二硼化镁为硼源，乙腈为溶剂，碘单质为氧化剂，在惰性气氛及加入盐酸条件下常温搅拌反应，碘单质氧化负电性硼层，盐酸促使层间镁离子以离子交换、螯合配位的方式从层间去除，进而超声剥离制得纳米片状硼烯。本发明所得硼烯结构有序度高，纳米片厚度为2.92～5.32nm，横向尺寸为100nm～1.5μm。本发明反应条件温和、生产成本低、无需高真空环境且不需要添加制备基底物，可实现高结晶度和厚度可调控硼烯的制备。

技术领域

本发明属于二维材料制备技术领域，具体涉及一种盐酸辅助液相氧化制备高结晶度和厚度均一硼烯的方法。

背景技术

以石墨烯、黑磷、MXene等为代表的二维层状材料具有大比表面积、高电化学活性、结构各向异性等特点，可被广泛应用于电化学储能、电催化、吸附分离等领域而备受关注。在新型二维材料的研究中，硼烯因其多样化的结构和超导特性、超高强度、可调带隙等特点被认为是一种应用潜力巨大的特殊材料。

目前针对硼烯制备方法主要分为两类：自下而上法如分子束外延生长、气相沉积法和自上而下法如机械剥离、液相剥离法。虽然目前高质量的硼烯均是由分子束外延生长、气相沉积法制备所得。但这类方法需要超高真空环境、金属的特定晶面作为生长衬底，制备条件非常苛刻，且所制产物转移困难、产量过低，不利于大规模制备。而自上而下的机械剥离、液相剥离法虽然也被用于硼烯的制备，但受限于层状硼前驱体的缺乏，剥离过程中很难控制纳米片的均一性，尤其液相剥离中大量用到N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺等高沸点有毒试剂，后处理困难。这些因素导致自上而下制备方法所得产物片层厚度、尺寸均一性差，整体效果欠佳。

基于上述原因，通过选择二硼化镁、二硼化铝等二元层状化合物作为前驱体，通过去除层间镁离子来制备二维硼纳米片也有相关报道。目前这类方法主要通过加入离子交换树脂或螯合剂来实现镁离子的去除。但受限于硼的缺电子特性，这些方法所制硼纳米片均为无定型态，且层间镁离子去除效果不佳。因此，选择合适富硼前驱体，探索高效、低成本、可大规模制备高结晶度硼烯的方法具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简单、高结晶度、厚度均一的硼烯制备方法。

针对上述目的，本发明所采用的技术方案由下述步骤组成：

1、将单质碘加入乙腈中，搅拌至完全溶解，随后加入二硼化镁，搅拌均匀，得到前驱体分散液。

2、在惰性气体保护及搅拌条件下，向前驱体分散液中加入少量浓盐酸，室温下避光反应7～21天，离心分离，收集下层沉淀，重新分散于乙腈中振荡洗涤并再次离心，重复该步骤4～6次，随后依次分别用脱氧去离子水、无水乙醇洗涤离心，得到固体物质。

3、将步骤2所得固体物质分散于乙腈中，超声处理90～150分钟，随后离心分离，收集上层分散液，浓缩后真空干燥，得到高结晶度和厚度均一的高质量硼烯。

上述步骤1中，优选所述单质碘与二硼化镁的摩尔比为1:0.5～2，进一步优选单质碘与二硼化镁的摩尔比为1:1～1.2。

上述步骤2中，所述的惰性气体为氮气或氩气，优选前驱体分散液与浓盐酸体积比为100:1，浓盐酸质量分数36％，室温下避光反应时间为14天。

上述步骤3中，优选所述固体物质分散于乙腈中的浓度为0.2～1mg/mL，所述超声的功率为200～450W。

上述步骤3中，进一步优选所述固体物质分散于乙腈中的浓度为0.5～0.6mg/mL，所述超声的功率为350～400W，超声的时间为120分钟。

上述步骤3中，优选所述真空干燥温度为50～80℃，干燥时间为6～10小时。

本发明的有益效果如下：