一种磁性黑磷二维材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种磁性黑磷二维材料及其制备方法，其中，所述方法包括步骤：将磁性离子化合物溶于有机溶剂中，得到电解液；将黑磷晶体浸入所述电解液中，采用电化学方法使电解液中的磁性离子对所述黑磷晶体进行剥离和掺杂，分离得到所述磁性黑磷二维材料。本发明专利技术电解液中的磁性离子有效地保护了黑磷晶体不被周围环境所氧化分解，同时，还在黑磷晶体的剥离过程中对产生的黑磷二维材料进行了磁性离子的掺杂，由于磁性离子的掺杂能对导致黑磷不稳定的孤立电子起束缚作用，从而使所制备得到的磁性黑磷二维材料具有较好的环境稳定性，而且还使其掺杂后的黑磷二维材料具有较好的磁性性能。

A two-dimensional magnetic black phosphorus material and its preparation method

The invention provides a magnetic black phosphorus two-dimensional material and a preparation method thereof, wherein the method comprises the steps of: dissolving the magnetic ion compound in an organic solvent to obtain an electrolyte; immersing the black phosphorus crystal in the electrolyte, using an electrochemical method to strip and dope the magnetic ion in the electrolyte to obtain the magnetic black phosphorus two-dimensional material \u3002 The magnetic ion in the electrolyte of the invention effectively protects the black phosphorus crystal from being oxidized and decomposed by the surrounding environment, at the same time, the black phosphorus two-dimensional material produced in the peeling process of the black phosphorus crystal is doped with the magnetic ion, because the doping of the magnetic ion can bind the isolated electrons leading to the instability of the black phosphorus, thus making the magnetic black phosphorus two-dimensional material prepared It has good environmental stability and good magnetic properties.

【技术实现步骤摘要】
一种磁性黑磷二维材料及其制备方法
本专利技术涉及二维材料领域，尤其涉及一种磁性黑磷二维材料及其制备方法。
技术介绍
二维材料是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度上自由运动的材料，由于其载流子迁移和热量扩散都仅可以在二维平面上进行，使得这类材料展现出许多奇特的特性，可以在多个领域得到应用。例如，二维材料带隙可调的特性在场效应管、光电器件、热电器件等领域应用广泛；其自旋自由度和谷自由度的可控性在自旋电子学和谷电子学领域引起深入研究；不同的二维材料由于其晶体结构的特殊性质会导致不同的电学特性或光学特性的各向异性，包括有拉曼光谱、光致发光光谱、二阶谐波谱、光吸收谱、热导率和电导率等性质的各向异性，使二维材料在偏振光电器件、偏振热电器件、仿生器件、偏振光探测等领域都具有很大的发展潜力。黑磷因具备高低各向异性、高载流子迁移率以及其依赖于层的直接带隙等特性，自出现以来就引起极大的关注，目前已广泛应用到晶体管、光催化、电池和气体传感等领域中，除此之外，最新的研究发现，黑磷在磁性领域上的也具有广阔的应用前景。目前，常用的黑磷二维材料的制备方法是采用液相超声剥离法，但采用液相超声法制备黑磷二维材料因其产率低、反应条件剧烈、掺杂位点不明确和掺杂效率低等，导致制备的难度大，而且制备的黑磷二维材料不稳定等问题，大大限制了黑磷二维材料的推广与应用。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种磁性黑磷二维材料，旨在解决现有黑磷二维材料制备难度大、反应不易于控制的问题。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种磁性黑磷二维材料的制备方法，其中，包括步骤：将磁性离子化合物溶于有机溶剂中，得到电解液；将黑磷晶体浸入所述电解液中，采用电化学方法使电解液中的磁性离子对所述黑磷晶体进行剥离和掺杂，分离得到所述磁性黑磷二维材料。所述磁性黑磷二维材料的制备方法，其中，所述步骤将黑磷晶体浸没在所述电解液中，采用电化学方法使磁性离子对所述黑磷晶体进行剥离和掺杂，包括：在遮光环境下，将所述黑磷晶体与电源的负电极连接并一起浸没在所述电解液中；在惰性气氛中，通过所述电源施加正向电压并反应预定时间，使磁性离子进入所述黑磷晶体的层间，促使所述黑磷晶体发生剥离并脱落，得到所述磁性黑磷二维材料。所述磁性黑磷二维材料的制备方法，其中，所述正向电压的大小为10-50V；和/或，所述预定时间为24-48h。所述磁性黑磷二维材料的制备方法，其中，所述步骤将黑磷晶体浸入所述电解液中，采用电化学方法使所述电解液中的磁性离子对所述黑磷晶体进行剥离和掺杂，还包括：在通过所述电源施加正向电压并反应预定时间后，施加反向电压，使插层在黑磷晶体层间的磁性离子释放，得到所述磁性黑磷二维材料。所述磁性黑磷二维材料的制备方法，其中，所述反向电压为5V-15V。所述磁性黑磷二维材料的制备方法，其中，所述磁性离子化合物包括铁离子化合物、钴离子化合物、镍离子化合物和钆离子化合物中的一种或多种。所述磁性黑磷二维材料的制备方法，其中，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮和N-环己基吡咯烷酮中的一种或两种。所述磁性黑磷二维材料的制备方法，其中，所述负电极材料为Pt。一种磁性黑磷二维材料，其中，采用本专利技术所述制备方法制备而成。所述磁性黑磷二维材料，其中，所述磁性黑磷二维材料的厚度为5-20nm。有益效果：本专利技术采用由磁性离子化合物分散于有机溶液形成的电解液对黑磷晶体进行电化学剥离，与水溶液的电解液相比，本专利技术电解液中的磁性离子有效地保护了黑磷晶体不被周围环境所氧化分解，同时，还在黑磷晶体的剥离过程中对产生的黑磷二维材料进行了磁性离子的掺杂，由于磁性离子的掺杂能对导致黑磷不稳定的孤立电子起束缚作用，从而使所制备得到的磁性黑磷二维材料具有较好的环境稳定性，而且还使其掺杂后的黑磷二维材料具有较好的磁性性能。本专利技术提供的黑磷磁性材料的制备方法，其反应过程安全稳定、容易控制，制备步骤简单，易于操作，磁性黑磷二维材料的产率高，并且所制备得到的磁性黑磷二维材料具备较好的磁性性能和环境稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种磁性黑磷二维材料的制备方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的电化学剥离反应装置示意图。图3是本专利技术实施例1制备得到的磁性黑磷二维材料的拉曼光谱图。图4是本专利技术实施例1制备得到的磁性黑磷二维材料的磁滞回线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，图1为本专利技术提供的一种磁性黑磷二维材料制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括以下步骤：S10、将磁性离子化合物溶于有机溶剂中，得到电解液；S20、将黑磷晶体浸入所述电解液中，采用电化学方法使电解液中的磁性离子对所述黑磷晶体进行剥离和掺杂，分离得到所述磁性黑磷二维材料。通过本实施例提供的方法可快速高效地制备磁性黑磷材料，且制得的磁性黑磷材料具备较好的磁性性能和环境稳定性，实现上述效果的机理具体原理如下：本实施例以磁性离子化合物分散于有机溶剂制得的混合液作为电化学反应池中的电解液，采用电化学剥离的方法，将黑磷晶体浸没在电解液中，施加电压后，电解液中的磁性离子受电压的驱动，进入黑磷晶体的层间结构，大量磁性离子的插层进入可破坏黑磷晶体层间的范德华力，使黑磷二维材料从黑磷晶体上剥离；而当进入黑磷晶体层间的磁性离子量较少时，则不足以破环黑磷晶体层间的范德华力，则以掺杂的形式存在于黑磷二维材料中，从而形成磁性离子掺杂的黑磷二维材料，磁性黑磷二维材料从晶体上剥离后，悬浮在电解液中形成悬浮液；通电结束后对，对所述悬浮液经过离心分离、清洗后，可以得到纯净的磁性黑磷二维材料。本实施例中，当黑磷二维材料从所述黑磷晶体上剥离时，所述磁性离子还可以吸附的方式结合在黑磷二维材料表面，制得磁性黑磷二维材料。本实施例采用由磁性离子化合物分散于有机溶液形成的电解液对黑磷晶体进行电化学剥离，与水溶液的电解液相比，本专利技术电解液中的磁性离子有效地保护了黑磷晶体不被周围环境所氧化分解，同时，还在黑磷晶体的剥离过程中对产生的黑磷二维材料进行了磁性离子的掺杂，由于磁性离子的掺杂能对导致黑磷不稳定的孤立电子起束缚作用，从而使所制备得到的磁性黑磷二维材料具有较好的环境稳定性，而且还使其掺杂后的黑磷二维材料具有较好的磁性性能。本实施例提供的黑磷磁性材料的制备方法，其反应过程安全稳定、容易控制，制备步骤简单，易于操作，且磁性黑磷二维材料的产率高。在一些实施方式中，所述磁性离子化合物包括铁离子化合物、钴离子化合物、镍离子化合物和钆离子化合物中的一种或多种，但不限于此。在本实施例中，通过对电解液中磁性离子化合物的浓度进行调节，可制得不同掺杂量的磁性黑磷二维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性黑磷二维材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：/n将磁性离子化合物溶于有机溶剂中，得到电解液；/n将黑磷晶体浸入所述电解液中，采用电化学方法使电解液中的磁性离子对所述黑磷晶体进行剥离和掺杂，分离得到所述磁性黑磷二维材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁性黑磷二维材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将磁性离子化合物溶于有机溶剂中，得到电解液；
将黑磷晶体浸入所述电解液中，采用电化学方法使电解液中的磁性离子对所述黑磷晶体进行剥离和掺杂，分离得到所述磁性黑磷二维材料。


2.根据权利要求1所述磁性黑磷二维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤将黑磷晶体浸没在所述电解液中，采用电化学方法使磁性离子对所述黑磷晶体进行剥离和掺杂，包括：
在遮光环境下，将所述黑磷晶体与电源的负电极连接并一起浸没在所述电解液中；
在惰性气氛中，通过所述电源施加正向电压并反应预定时间，使磁性离子进入所述黑磷晶体的层间，促使所述黑磷晶体发生剥离并脱落，得到所述磁性黑磷二维材料。


3.根据权利要求2所述磁性黑磷二维材料的制备方法，其特征在于，所述正向电压的大小为10-50V；和/或，所述预定时间为24-48h。


4.根据权利要求2所述磁性黑磷二维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤将黑磷晶体浸入所述电解液中，采用电化学方法使所述电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾昱嘉，龙方超，胡亮，徐振宇，袁君，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44