一种被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法和被刻蚀的黑磷纳米片技术

本申请公开了一种被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法和被刻蚀的黑磷纳米片。其中被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法采用氢氧化钾和/或氢氧化钠刻蚀黑磷纳米片，使黑磷纳米片至少其边缘呈现锯齿状，从而增加了黑磷纳米片的边缘活性位点。被刻蚀的黑磷纳米片对多硫化物具有更好的催化活性。的催化活性。的催化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法和被刻蚀的黑磷纳米片


[0001]本申请涉及黑磷纳米片领域，具体涉及一种被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法和被刻蚀的黑磷纳米片。

技术介绍

[0002]黑磷是一种层状半导体材料，由于具备可调带隙、面内各向异性、高的载流子迁移率和开关比以及优异的催化活性等优点，使其在光电子器件、电池储能、污染物降解、光催化和电催化等方面展现出了很好的应用前景。尤其在锂硫电池中，黑磷已被证实对多硫化物有好的催化能力，抑制穿梭效应，提高电池的循环稳定性。
[0003]相较于大块黑磷，具二维结构的黑磷纳米片(也被称为黑磷纳米片，包括单层的磷烯，也包括少层的黑磷纳米片)具有更大比表面积和超短载流子扩散距离，暴露更多的表面活性位点，从而提升催化活性。由于黑磷的原子层之间以较弱的范德华力结合，因此通过机械剥离和液相超声剥离便可获得大量少层的黑磷纳米片。然而，目前通过简单机械剥离或液相超声剥离的方法制备的黑磷纳米片仍普遍存在比表面积较小，催化活性位点较少的瓶颈。如何提高黑磷纳米片的边缘活性位点对于进一步提高黑磷纳米片的催化性能具有重要意义。但在单个原子层中，磷原子以强共价键结合，这使得很难进一步在层中对原子平面上的黑磷纳米片进行刻蚀及形貌调控。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于克服
技术介绍
中存在的上述缺陷或问题，提供一种被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法和被刻蚀的黑磷纳米片。其中，被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法能够刻蚀黑磷纳米片，增加黑磷纳米片的边缘活性位点，使黑磷纳米片对多硫化物具有更好的催化活性。
[0005]为达成上述目的，采用如下技术方案：
[0006]第一技术方案涉及一种被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法，其包括如下步骤：步骤1：制备氢氧化钾和/或氢氧化钠与黑磷纳米片的第一混合物，其中，第一混合物中氢氧化钾和/或氢氧化钠与黑磷纳米片的摩尔比为0.1
‑
4:1；步骤2：将第一混合物隔绝空气加热至200
‑
400℃并保温3h以上后降温制得第二混合物，加热过程中升温速度控制在1
‑
5℃/min；步骤3：用去离子水清洗第二混合物直至溶液PH值呈中性后干燥。
[0007]第二技术方案基于第一技术方案，其中，步骤1中第一混合物中氢氧化钾和/或氢氧化钠与黑磷纳米片的摩尔比为1:1。
[0008]第三技术方案基于第一技术方案，其中，步骤1中制备第一混合物的具体方法是将黑磷纳米片分散于氢氧化钾和/或氢氧化钠水溶液并混合均匀后再进行冷冻干燥。
[0009]第四技术方案基于第一技术方案，其中，步骤2中第一混合物置于管式炉中在氩气氛围下加热，加热温度300℃以上。
[0010]第五技术方案基于第一至第四技术方案中任一项，其中，在步骤1前还包括如下步
骤：
[0011]步骤0.1：将块状黑磷研磨成粉并分散于聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，施以超声波3小时以上后取上清液离心干燥获得黑磷纳米片，其中聚乙烯吡咯烷酮水溶液中聚乙烯吡咯烷酮的分子量为8000
‑
360000。
[0012]第六技术方案基于第五技术方案，其中，所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液中聚乙烯吡咯烷酮的分子量为40000
‑
58000。
[0013]第七技术方案基于第六技术方案，其中，所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液中聚乙烯吡咯烷酮的分子量为40000。
[0014]第八技术方案涉及一种被刻蚀的黑磷纳米片，其由如第一至第七技术方案中任一项所述的被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法制得。
[0015]相对于现有技术，上述方案具有的如下有益效果：
[0016]第一技术方案中，采用氢氧化钾和/或氢氧化钠刻蚀黑磷纳米片，使黑磷纳米片至少其边缘形成锯齿状，增加了黑磷纳米片的边缘活性位点，能够提升黑磷纳米片对多硫化物的催化活性。这是本申请的主要技术贡献。申请人在实验中还知，除氢氧化钾和/或氢氧化钠外，其他强碱并不能够刻蚀黑磷纳米片，无法使黑磷纳米片的形成更多的边缘活性位点。通过实验可知，氢氧化钾和/或氢氧化钠在隔绝空气加热至200
‑
400℃后能够与黑磷反应形成焦磷酸钾和/或焦磷酸钠，正是该反应使黑磷纳米片被刻蚀。
[0017]第二技术方案中，第一混合物中氢氧化钾和/或氢氧化钠与黑磷纳米片的摩尔比为1:1。这是因为如果氢氧化钾和/或氢氧化钠过多，会在形成焦磷酸钾和/或焦磷酸钠消耗过多的黑磷纳米片，使黑磷纳米片面积过小，从而降低黑磷纳米片的催化活性。而氢氧化钾和/或氢氧化钠过少，则会使黑磷纳米片被刻蚀的程度降低，也将降低黑磷纳米片的催化活性。
[0018]第三技术方案中，通过将黑磷纳米片分散于氢氧化钾和/或氢氧化钠水溶液再干燥获得第一混合物，能够使得氢氧化钾和/或氢氧化钠与黑磷纳米片更为充分地混合，更有利于在步骤2中反应形成焦磷酸钾和/或焦磷酸钠。
[0019]第五技术方案中，实验证实，通过将块状黑磷研磨成粉并分散于聚乙烯吡咯烷酮水溶液中再行剥离，能够在通过反应刻蚀黑磷纳米片时边缘具有良好的取向性，能够有高效地增加其边缘活性位点。与聚乙烯吡咯烷酮水溶液类似的表面活性剂也有类似的作用。
[0020]第六技术方案中，聚乙烯吡咯烷酮的分子量为40000
‑
58000之间时，能够更好地有取向地活化黑磷纳米片。
[0021]第七技术方案中，聚乙烯吡咯烷酮的分子量为40000时，能够使边缘的锯齿尺寸更小，对黑磷纳米片的有取向的活化效果最佳。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明实施例的技术方案，下面简要介绍所需要使用的附图：
[0023]图1为实施例一中的被刻蚀的黑磷纳米片的电镜照片；
[0024]图2为实施例一中的普通黑磷纳米片的电镜照片；
[0025]图3为实施例一中的第二混合物的拉曼光谱；
[0026]图4为实施例一中的被刻蚀的黑磷纳米片的拉曼光谱；
[0027]图5为实施例一中采用被刻蚀的黑磷纳米片的对称电池的循环伏安曲线与采用普通黑磷纳米片的对称电池的循环伏安曲线的对比图；
[0028]图6为实施例二中的被刻蚀的黑磷纳米片的电镜照片；
[0029]图7为实施例二中采用被刻蚀的黑磷纳米片的对称电池的循环伏安曲线与采用普通黑磷纳米片的对称电池的循环伏安曲线的对比图；
[0030]图8为实施例三中的被刻蚀的黑磷纳米片的电镜照片；
[0031]图9为实施例三中采用被刻蚀的黑磷纳米片的对称电池的循环伏安曲线与采用普通黑磷纳米片的对称电池的循环伏安曲线的对比图；
[0032]图10为实施例四中的被刻蚀的黑磷纳米片的电镜照片；
[0033]图11为实施例四中采用被刻蚀的黑磷纳米片的对称电池的循环伏安曲线与采用普通黑磷纳米片的对称电池的循环伏安曲线的对比图；
[0034]图12为实施例五中的被刻蚀的黑磷纳米片的电镜照片。
具体实施方式
[0035]权利要求书和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1：制备氢氧化钾和/或氢氧化钠与黑磷纳米片的第一混合物，其中，第一混合物中氢氧化钾和/或氢氧化钠与黑磷纳米片的摩尔比为0.1
‑
4:1；步骤2：将第一混合物隔绝空气加热至200
‑
400℃并保温3h以上后降温制得第二混合物，加热过程中升温速度控制在1
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5℃/min；步骤3：用去离子水清洗第二混合物直至溶液PH值呈中性后干燥。2.如权利要求1所述的一种被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法，其特征是，步骤1中第一混合物中氢氧化钾和/或氢氧化钠与黑磷纳米片的摩尔比为1:1。3.如权利要求1所述的一种被刻蚀的黑磷纳米片的制备方法，其特征是，步骤1中制备第一混合物的具体方法是将黑磷纳米片分散于氢氧化钾和/或氢氧化钠水溶液并混合均匀后再进行冷冻干燥。4.如权利要求1所述的一种被刻蚀的黑磷纳米片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许清池，郑江鑫，徐俊，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：