一种二维限域冰及其制备方法技术

本发明专利技术的一种二维限域冰及其制备方法，属于纳米材料制备的技术领域。所述的冰限域于GO层间，常温常压条件下稳定存在，且为二维有序结构。制备方法包括将氧化石墨烯抽真空、喷雾吸水、再抽真空等步骤。本发明专利技术方法简单，操作方便，制备的限域体系中的冰结构，可以在常温常压条件下稳定存在于正常空气环境中。本发明专利技术对于解决二维限域体系下关于限域水结构的争议、拓展人们对冰存在条件的认识，以及对于人类深入认识自然和生命现象具有重要的科学意义。

【技术实现步骤摘要】
一种二维限域冰及其制备方法
本专利技术属于纳米材料制备的
具体涉及以纳米限域技术制备一种常温常压下稳定存在的冰的新方法。
技术介绍
常温常压下，水是一种无色无味的透明液体，是自然界中最常见的物质之一，广泛分布于江、河、湖、泊、极地冰川、大气和地下等地方。水是生命体最重要的组成部分，是生命存在的重要资源。由于其在物理、化学、生物、地质学和气象学等领域的重要科学地位，一直以来都受到众多科研工作者的极大关注。水仅由氢氧两种元素组成，但其结构极其丰富，其化学式是H2O。水的存在形式的研究，对于人类认识生命和自然现象具有重要意义。水的相图极其丰富，目前为止，水的固态相至少存在15种晶体结构和3种非晶结构，这些冰的获得，通常需要满足高压或低温条件。然而，近年来，随着纳米科技的进步，人们逐渐认识到限域体系中的水，常温常压条件下就可以形成固态冰结构，其中，具有代表性的工作是Algara-Siller等人报道的两个石墨烯片层间水分子形成方形冰结构，但该结果仍然存在很大质疑。目前对于限域水的存在形式(常温常压条件)这个最基本的问题仍然未形成统一认识。有的研究表明限域水的结冰温度要低于体相水，并发现碳纳米管内的水在50K仍然保持液体状态，而有的研究则表明碳管中的水分子在常温常压下就能形成冰的结构。近年来科学家预测，一些奇异的生命现象(如高温高压/低温环境中生命体的存在)与细胞内限域水的特殊结构和相变规律密切相关。在纳米科学与
，限域水存在形式的研究对促进含水环境下纳米设备的发展有巨大贡献。因此对于水的存在形式研究，不仅有助于深入认识水的结构和性质、理解生命体的活动，而且对纳米材料领域内独特的物理化学过程及含水环境下纳米设备的发展具有重要意义。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
中存在的不足，本专利技术提供一种限域体系下能够常温常压存在的二维结构的冰，以及这种二维限域冰的制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种二维限域冰，其特征为：所述的冰限域于氧化石墨烯(GO)层间，常温常压条件下稳定存在，且为二维有序结构。一种二维限域冰的制备方法，有以下步骤：1)：将氧化石墨烯抽真空16小时以上，得到干燥的氧化石墨烯限域模板；2)：喷洒水雾到干燥的氧化石墨烯限域模板表面，2分钟后得到吸水饱和的氧化石墨烯；3)：将步骤2)得到的吸水氧化石墨烯置于抽真空系统，抽真空1小时，除去氧化石墨烯表面物理吸附的水分子和氧化石墨烯层间的液态水分子，得到常温常压下限域于氧化石墨烯层间的冰。有益效果：1、本专利技术方法简单，操作方便。2、本专利技术制备的限域体系中的冰结构，可以在常温常压条件下稳定存在于正常空气环境中。3、本专利技术对于解决二维限域体系下关于限域水结构的争议、拓展人们对冰存在条件的认识，以及对于人类深入认识自然和生命现象具有重要的科学意义。附图说明图1为GO抽真空前后的红外吸收谱图。图2为GO抽真空前后的XRD谱图。图3为抽真空之后，GO吸水过程的原始红外光谱随时间演化图。图4为抽真空之后，GO吸水过程的XRD光谱随时间演化图。图5为抽真空之后，GO吸水过程的红外差谱随时间演化图。图6为吸水饱和后，GO红外吸收差谱的分峰拟合。图7为吸水饱和后，GO水解吸附过程的红外差谱随时间演化图。图8为吸水饱和后，GO水解吸附过程的XRD光谱随时间演化图。图9为水解吸附后，GO的同步辐射XRD谱图。具体实施方式下面结合具体实施来进一步阐述本专利技术。实施例1首先，将GO放在金刚石砧面上，并将其固定在红外真空测试的样品腔中，抽真空16h以上。然后，喷洒水雾到GO表面。最后，将吸水GO放入真空腔内，真空处理1h后取出，得到常温常压下限域于GO中的冰。图1和图2是抽真空前后GO的IR吸收谱图和XRD谱图。从图1中可以看出，抽真空16h后，GO的IR吸收谱图中水的O-H伸缩振动峰(νO-H)明显消失，同时对应GO的d(001)减小(图2：)。此现象表明，通过抽真空，有效的除去了GO本身含有的水，得到了干燥无水的GO限域模板。图3和图4是抽真空之后，吸水GO的IR吸收谱图和XRD谱图。GO的XRD光谱中，001衍射峰是表征GO层间距的特征峰。从图3可以看出，随着吸水量的不断增加，GO的d(001)值不断增大，此现象表明，水成功的插入到GO层间。另外，从图4可见，水的O-H伸缩振动(νO-H)峰和O-H弯曲振动(δO-H)峰强度随吸水量的增加逐渐增强，与XRD观测吸水过程结果一致。伸缩振动是水分子的特征振动，可以通过限域水的伸缩振动来分析判断GO层间水的结构。因为GO在3000-4000cm-1之间存在O-H伸缩振动吸收峰，与水的红外吸收交叠，因此使用差谱分析方法，即利用吸水GO的IR光谱减掉干燥无水GO的IR光谱，实现对GO限域体系内水的红外振动分析。图5为利用差谱方法得到的GO层间水的红外吸收光谱随时间演化图。随GO吸水量的增加，水的伸缩振动峰强度逐渐增强。吸水饱和时，水的伸缩振动区域可以观测到三个伸缩振动峰，洛伦兹拟合结果，如图6所示，分别为3227cm-1,3442cm-1和3570cm-1，对应水的类冰结构，类液态水结构和水的多聚物。图7是GO吸水饱和后，水解吸附过程的红外差谱随时间演化图。从图7可以看出，随着时间的增长，限域于GO层间水的IR吸收峰强度逐渐减弱，其中，类液态水和低聚物水减弱速度较快，类冰水减弱速度较慢。解吸附至第10min时，三种水的吸收峰强度不再变化，放置12h，强度仍然保持不变。此时，红外差谱结果表明(图7)，类冰结构、类液态水结构、水的多聚物三种结构仍然同时存在。为了除去限域体GO表面和缝隙内的水，包括类液态水和水的多聚物，在干燥后进一步抽真空1h处理。结果表明，真空1h处理后，位于3442cm-1(类液态水)和3570cm-1(水的低聚物)的红外吸收完全消失，仅剩下位于3227cm-1的类冰水的红外吸收，以此判断本专利技术通过以上过程在常温常压下获得了类冰结构。利用XRD光谱中，GO的层间距变化观测GO限域体内水的解吸附过程，如图8所示。真空1h处理后，GO的层间距为略小于高真空干燥(16h)的GO的层间距(图4)。水填充进GO层内，由于水分子间存在的“分子引力”作用，拉近了GO层内的间距，因此吸水后的GO层间距反比干燥的GO层间距小。此现象说明，图7红外光谱中截获的类冰结构来自于限域体GO层间。利用同步辐射XRD，如图9所示，除去GO的010和001衍射峰外，在(*)处出现新的衍射峰，此峰与PDF卡中(85-0858)立方冰结构的(220)晶面的衍射峰基本吻合，由此判断GO限域体内的水的确形成了固态冰结构，此结构与立方冰结构极为相似。另外，实验中只观察到了限域水的一个衍射峰，说明该固态冰结构为二维结构，与前人指认的二维NaCl2和NaCl3结构方法一致。综上所述，本专利技术通过三个简单步骤：抽真空16h-喷雾吸水处理2min-抽真空1h，在常温常压下成功获得了一种二维冰结构(Ic冰)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维限域冰，其特征为：所述的冰限域于氧化石墨烯层间，常温常压条件下稳定存在，且为二维有序结构。

【技术特征摘要】
1.一种二维限域冰，其特征为：所述的冰限域于氧化石墨烯层间，常温常压条件下稳定存在，且为二维有序结构。2.一种权利要求1所述的二维限域冰的制备方法，有以下步骤：1)将氧化石墨烯抽真空16小时以上，得到干燥的氧化石墨烯限域模板；2)喷洒水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冰冰，石利粉，李冰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22