一种超薄二维自旋交叉纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种超薄二维自旋交叉纳米材料的制备方法，其由三维范德华配合物分散在溶剂中进行超声剥离得到，所述三维范德华配合物的结构式为Fe(XCN)2(1,3‑二(4‑吡啶基)丙烷)2，X选自S或Se；还公开了上述制备方法制备得到的超薄二维自旋交叉纳米材料及其在制备用于信息储存、分子开关或分子显示的分子电子器件中的应用。本发明专利技术所述的超薄二维自旋交叉纳米材料厚度在1‑10nm左右，这种超薄的二维结构实现了多步的自旋交叉行为。所述的超薄二维自旋交叉纳米材料制备简单，分散良好，性能稳定，在信息储存，分子开关，分子显示等分子电子器件方面有巨大的应用前景。

A Ultrathin Two-Dimensional Spin-Crossing Nanomaterial and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a preparation method of ultra-thin two-dimensional spin-crossed nanomaterials, which is obtained by dispersing three-dimensional van der Waals complexes in solvents for ultrasonic peeling. The structure formula of the three-dimensional van der Waals complexes is Fe(XCN)2(1,3_di(4_pyridyl)propane)2, X is selected from S or Se, and the preparation method is also disclosed. Ultra-thin two-dimensional spin-crossed nanomaterials and their applications in the preparation of molecular electronic devices for information storage, molecular switches or molecular display. The thickness of the ultra-thin two-dimensional spin-crossing nanomaterial is about 1 10 nm, and the ultra-thin two-dimensional structure realizes multi-step spin-crossing behavior. The ultra-thin two-dimensional spin-crossed nanomaterials have the advantages of simple preparation, good dispersion and stable performance, and have great application prospects in molecular electronic devices such as information storage, molecular switches and molecular display.

【技术实现步骤摘要】
一种超薄二维自旋交叉纳米材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及自旋交叉材料及其制备方法和应用，具体涉及一种超薄二维自旋交叉纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
自旋交叉材料是最引人注目的双稳态材料之一，它是指在特定外界刺激条件下(如温度、压力、光辐射、客体分子等)发生的过渡金属离子高自旋和低自旋状态之间的相互转换。这种转换会伴随着一系列磁学、电子学、光学、热学等性能变化。这种优良的特性使得自旋交叉材料在分子水平上的新型信息存储器件、分子开关、显示器件、探测器件等领域具有诱人的应用前景(J.Am.Chem.Soc.2018,140,98-101)。为了达到实际应用的目的，自旋交叉材料纳米化是必经的途径。其中纳米化方式、纳米级尺寸等因素对材料的性能有着至关重要的影响。超薄二维纳米材料由于原子级厚度和二维层状结构，赋予了其独特的物理学、电子学、化学和光学性质以及广阔的应用前景。与传统的二维纳米材料(石墨烯、氧化石墨烯、金属氧化物、氮化硼等)相比，超薄二维金属有机框架材料具备可调的结构和功能(通过改变金属和配套的种类)、大的表面积、高度有序的孔洞和充分暴露的表面活性位点，在催化、电化学、探测、气体分离、环境监控等方面显示了巨大的应用潜力。将超薄二维纳米材料技术应用到金属有机框架纳米材料制备，是一种极具优势的解决方案。而在自旋交叉研究领域，将自旋交叉金属有机框架材料和超薄二维纳米材料结合的研究尚未见报道。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有自旋交叉材料的实际应用，本专利技术第一方面提供了一种超薄二维自旋交叉纳米材料，第二方面提供了超薄二维自旋交叉纳米材料的制备方法，第三方面提供了超薄二维自旋交叉纳米材料的应用。技术方案：本专利技术第一方面所述一种超薄二维自旋交叉纳米材料的制备方法，其由三维范德华配合物分散在溶剂中进行超声剥离得到，所述三维范德华配合物的结构式为Fe(XCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2，X选自S或Se。所述三维范德华配合物的制备步骤如下：(1)在氮气氛围下，将Fe(ClO4)2·6H2O和KXCN溶解于醇溶剂中，搅拌15-60min，固液分离去除沉淀，得到Fe(XCN)2醇溶液；其中，X选自S或Se；优选Fe(ClO4)2·6H2O和KXCN按摩尔比1:2添加；(2)在氮气氛围下，将步骤(1)得到的Fe(XCN)2醇溶液和1,3-二(4-吡啶基)丙烷醇溶液混合，析出固体，混悬液在50-100rpm下搅拌0.5-1h，过滤、清洗沉淀，即得三维范德华配合物Fe(XCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2。优选Fe(XCN)2和1,3-二(4-吡啶基)丙烷的摩尔比为1:2。步骤(1)中，所述醇溶剂为甲醇或乙醇，优选Fe(ClO4)2·6H2O和所述醇溶剂的比值为0.5mmol:30-35mL；步骤(2)中，所述配体1,3-二(4-吡啶基)丙烷醇溶液中的溶剂为甲醇或乙醇，优选配体和醇溶剂的比值为1mmol:20-25mL。具体地，超薄二维自旋交叉纳米材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将三维范德华配合物分散于溶剂中，在30-60℃，20-60kHz条件下超声30-90min；S2、将步骤S1得到的溶液在100-500rpm下搅拌12-24h，然后静置12-24h，100-1000rpm离心除去沉淀，得到分散性良好的丁达尔溶液；S3、将步骤S2得到的丁达尔溶液旋干，得到超薄二维自旋交叉纳米材料。步骤S1中，所述溶剂为水或醇溶剂，优选醇溶剂为甲醇、乙醇或丙醇。所述三维范德华配合物和溶剂的比值为5-20mg:30-100mL。步骤S3中，所述旋干温度为30-80℃。本专利技术第二方面提供上述制备方法制备得到的超薄二维自旋交叉纳米材料；其厚度为1-10nm，优选2-5nm；横向尺寸为0.5-2μm，优选0.5-1μm。本专利技术第三方面提供所述超薄二维自旋交叉纳米材料在制备用于信息储存、分子开关或分子显示的分子电子器件中的应用。有益效果：本专利技术制备的超薄二维自旋交叉纳米材料具有以下优点：(1)是一种纯粹的纳米材料，不含任何表面活性剂；(2)超薄二维自旋交叉纳米材料在溶液和固体状态均稳定存在，分散良好、性能稳定；(3)超薄二维自旋交叉纳米材料可实现多步的自旋交叉行为；(4)其制备方法简单灵活，可以得到1-10nm不同厚度的二维纳米材料，这种超薄的二维结构实现了多步的自旋交叉行为；(5)超薄二维自旋交叉纳米材料可应用在用于信息储存，分子开关，分子显示等分子电子器件中。附图说明图1为三维范德华配合物Fe(XCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2的晶体结构；图2为本专利技术制备的超薄二维自旋交叉纳米材料透射电镜形貌；图3为本专利技术制备的超薄二维自旋交叉纳米材料的磁化率曲线。具体实施方式实施例1Fe(SCN)2醇溶液制备0.5mmol的Fe(ClO4)2·6H2O和1.0mmol的KSCN在氮气氛围中溶解于30mL甲醇中，搅拌20min，过滤除去生成的白色沉淀KClO4，得到的滤液即为Fe(SCN)2甲醇溶液。实施例2Fe(SeCN)2醇溶液制备0.5mmol的Fe(ClO4)2·6H2O和1.0mmol的KSeCN在氮气氛围中溶解于35mL乙醇中，搅拌30min，过滤除去生成的白色沉淀KClO4，得到的滤液即为Fe(SeCN)2乙醇溶液。实施例3三维范德华配合物Fe(SCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2合成实施例1得到的Fe(SCN)2甲醇溶液，在氮气氛围中加入到20mL溶有1.0mmol配体1,3-二(4-吡啶基)丙烷的甲醇溶液中，溶液立即变成亮黄色，并伴随着亮黄色固体的析出。形成的混悬溶液搅拌0.5-1h后过滤，得到亮黄色固体，10mL甲醇洗涤所得固体，即得到纯的三维范德华配合物Fe(SCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2，晶体结构见图1。实施例4三维范德华配合物Fe(SeCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2合成实施例2得到的Fe(SeCN)2乙醇溶液，在氮气氛围中加入到25mL溶有1.0mmol配体1,3-二(4-吡啶基)丙烷的乙醇溶液中，溶液立即变成暗黄色，并伴随着暗黄色固体的析出。形成的混悬溶液搅拌0.5-1h后过滤，得到暗黄色固体，15mL乙醇洗涤所得固体，即得到纯的三维范德华配合物Fe(SeCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2。实施例5超薄二维自旋交叉纳米材料制备以实施例3制备的三维范德华配合物Fe(SCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2为材料，制备超薄二维自旋交叉纳米材料，具体步骤如下：S1、将10mg三维范德华配合物Fe(SCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2，在100mL烧杯中分散于50mL水溶剂，在40℃，50kHz条件下超声60min；S2、步骤S1得到的溶液在500rpm下搅拌24h，然后静置12h，1000rpm离心除去沉降物，得到分散性良好的丁达尔溶液；S3、将上述丁达尔溶液在40-60℃旋干，得到浅绿色超薄二维自旋交叉纳米材料；厚度为2nm，横向尺寸为0.5μm。实施例6超薄二维自旋交叉纳米材料制备以实施例4制备的三维范德华配合物Fe(SeCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2为材料，制备超薄二维自旋交叉纳米材料，具体步骤如下：S1、将8mg三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄二维自旋交叉纳米材料的制备方法，其特征在于，其由三维范德华配合物分散在溶剂中进行超声剥离得到，所述三维范德华配合物的结构式为Fe(XCN)2(1,3‑二(4‑吡啶基)丙烷)2，X选自S或Se。

【技术特征摘要】
1.一种超薄二维自旋交叉纳米材料的制备方法，其特征在于，其由三维范德华配合物分散在溶剂中进行超声剥离得到，所述三维范德华配合物的结构式为Fe(XCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2，X选自S或Se。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三维范德华配合物的制备步骤如下：(1)在氮气氛围下，将Fe(ClO4)2·6H2O和KXCN溶解于醇溶剂中，搅拌15-60min，固液分离去除沉淀，得到Fe(XCN)2醇溶液；其中，X选自S或Se；(2)在氮气氛围下，将步骤(1)得到的Fe(XCN)2醇溶液和1,3-二(4-吡啶基)丙烷醇溶液混合，析出固体，混悬液搅拌0.5-1h，过滤、清洗沉淀，即得三维范德华配合物Fe(XCN)2(1,3-二(4-吡啶基)丙烷)2。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述醇溶剂为甲醇或乙醇，步骤(2)中所述1,3-二(4-吡啶基)丙烷醇溶液中的溶剂为甲醇或乙醇。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将三...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗洋辉，陈晨，洪丹丽，何晓彤，孙柏旺，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32