阅读说明：本技术 一种黑磷纳米带的制备方法 (Preparation method of black phosphorus nanobelt ) 是由 梅毅 卢秋菊 廉培超 侯冉冉 张倩 于 2019-08-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种黑磷纳米带的制备方法,在惰性气氛下,将过筛后的黑磷粉末负载到集流体上,作为可充电电池负极材料组装电池,进行恒流放电,恒流放电的电流密度为150~500mA/g,放电至比容量为100~500mAh/g时停止放电；放电结束后,在惰性气氛下,取出负极材料,用有机溶剂和水进行洗涤,然后离心,收集上清液,得到黑磷纳米带分散液；本发明方法具有可控性强、操作简单、成本低、耗时短的特点,本方法制备的黑磷纳米带在储能、自旋电子器件等领域具有很好的应用前景。(The invention discloses a preparation method of a black phosphorus nanobelt, which comprises the steps of loading sieved black phosphorus powder on a current collector in an inert atmosphere, using the current collector as a rechargeable battery cathode material to assemble a battery, carrying out constant current discharge, wherein the current density of the constant current discharge is 150 ~ 500mA/g, stopping the discharge when the discharge reaches the specific capacity of 100 ~ 500mAh/g, taking out the cathode material in the inert atmosphere after the discharge is finished, washing the cathode material with an organic solvent and water, centrifuging, and collecting supernatant to obtain a black phosphorus nanobelt dispersion liquid.)

一种黑磷纳米带的制备方法

技术领域

本发明涉及一种黑磷纳米带的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

纳米黑磷由于具有高载流子迁移率、面内各向异性、高开关比等性能使其在很多领域都有很好的应用，如场效应晶体管、储能、气体传感器、生物医药等。纳米黑磷的应用领域和性能在很大程度上是由它的结构和形貌决定的。目前，已经报道的纳米黑磷主要有二维黑磷烯和零维黑磷量子点。纳米带结合了一维纳米材料的柔韧性和单向特性、二维纳米材料的高比表面积以及两者的电子约束和边缘效应。因此，纳米带的结构可以对电子能带结构进行特殊控制，出现新的现象和独特的结构。黑磷纳米带本质上的各向异性结构激发了对黑磷纳米带的大量理论计算，预测了黑磷纳米带的优异性能。最近有报道通过低温氨化法辅助制备得到黑磷纳米带，但制备过程中存在能耗高，耗时长，操作复杂等缺点。所以，开发一种简单易操作的方法来制备黑磷纳米带很有必要。

发明内容

针对黑磷纳米带现有制备方法存在的问题，本发明的目的在于提供一种操作简单、可控性强的黑磷纳米带制备方法。

本发明的目的可通过以下步骤实现：

一种黑磷纳米带的制备方法，具体步骤如下：

（1）在惰性气氛下，将过200目筛后的黑磷粉末负载到集流体上，然后作为可充电电池负极材料组装电池，进行恒流放电，恒流放电的电流密度为150~500mA/g，放电至比容量为100~500mAh/g时停止放电；

（2）步骤（1）放电结束后，在惰性气氛下，取出负极材料，依次用有机溶剂和水进行洗涤，然后离心，收集上清液，得到黑磷纳米带分散液，整个过程在惰性气氛下进行防止黑磷被氧化。

优选的，步骤（1）所述集流体为泡沫镍、铜箔或铝箔。

优选的，步骤（1）负载方式包括超声、涂覆或喷涂，当负载方式为涂覆的时候，需要将黑磷粉末与导电剂、粘结剂混合后涂覆。

优选的，步骤（1）可充电电池为钠离子电池、锂离子电池或钾离子电池。

优选的，步骤（2）有机溶剂为丙酮、乙醇等易挥发溶剂，水为去离子水或超纯水。

优选的，步骤（2）洗涤方式可以是超声、振荡、搅拌、摇晃等。

优选的，步骤（2）离心转速为2000~8000r/min，时间为5~30min。

优选的，步骤（1）和步骤（2）惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种任意比例混合的混合气体。

本发明的有益效果：

（1）与现有黑磷纳米带的制备技术相比，本发明的制备方法是一种简单快速、对设备要求不高、成本低的制备方法。

（2）所采用的有机溶剂可直接挥发，不涉及复杂的二次处理。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的黑磷纳米带分散液照片；

图2为本发明实施例1制得的黑磷纳米带的低倍透射电镜图(TEM)；

图3为本发明实施例1制得的黑磷和黑磷纳米带的拉曼光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明方法作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1

一种黑磷纳米带的制备方法，具体步骤如下：

（1）在氮气气氛下，称取过200目筛后的黑磷粉末2mg与1mL乙醇混合，加入直径为16mm的泡沫镍一起超声10min，使黑磷粉末均匀的负载到泡沫镍上，然后用氩气将负载有黑磷粉末的泡沫镍吹干，吹干后负载有黑磷的泡沫镍上下各放一个16mm的空白泡沫镍进行压片处理，最后将压片作为负极材料，钠片为正极，在手套箱中组装钠离子电池，钠离子电池选用电流密度为150mA/g进行恒电流放电，放电至比容量为100mAh/g时停止放电；

（2）步骤（1）放电结束后，在氮气气氛下，拆开电池，取出负极材料，加入20mL丙酮浸泡30min，然后将负极材料放入到40mL装有去离子水的锥形瓶中，在20℃下超声处理10min，最后以3500r/min的转速离心处理10min，收集上清液，得到黑磷纳米带分散液，整个制备过程都在惰性气氛下进行防止黑磷被氧化。

图1为本实施例制得的黑磷纳米带的分散液的照片，从图中可看出分散液的颜色为橙黄色，这与文献报道的黑磷纳米带的颜色一致；图2为本实施例制得的黑磷纳米带的低倍透射电镜图(TEM)，从电镜图上可看出制备得到的物料呈带状，宽度小于50nm；图3为本实施例制得的黑磷纳米带和原料黑磷的拉曼光谱图，由图可知，相较于黑磷，黑磷纳米带的拉曼峰整体蓝移，层数减少。

实施例2

一种黑磷纳米带的制备方法，具体步骤如下：

（1）在氩气气氛下，首先称取过200目筛后的黑磷粉末4mg与2mL乙醇混合，振荡15min，然后使用喷枪将物料均匀的喷涂在直径为14mm的泡沫镍上，利用氩气将负载有黑磷粉末的泡沫镍吹干，吹干后负载有黑磷的泡沫镍上下各放一个14mm的空白泡沫镍进行压片处理，锂片为正极，在手套箱中组装锂离子电池，锂离子电池选用电流密度为150mA/g进行恒电流放电，放电至比容量为200mAh/g时停止放电；

（2）步骤（1）放电结束后，在氩气气氛下，拆开电池，取出负极材料，加入25mL乙醇浸泡洗涤20min，然后将负极材料放入到50mL装有去离子水的锥形瓶中，在20℃下振荡处理15min，最后以2000r/min的转速离心处理30min，收集上清液，得到黑磷纳米带分散液，整个制备过程都在惰性气氛下进行防止黑磷被氧化。

实施例3

一种黑磷纳米带的制备方法，具体步骤如下：

（1）在氦气气氛下，首先称取过200目筛后的黑磷粉末8mg与3mL去离子水混合，搅拌30min后，将物料均匀的喷涂在泡沫镍上，用氦气吹干附有物料的泡沫镍，然后附有物料的泡沫镍为负极，钠片为正极，在手套箱中组装为钠离子电池，钠离子电池选用电流密度为200mA/g进行恒电流放电，放电至比容量为250mAh/g时停止放电；

（2）步骤（1）放电结束后，在氦气气氛下，拆开电池，取出负极材料，加入30mL丙酮浸泡洗涤，然后将负极材料放入到60mL装有超纯水的锥形瓶中，在20℃下搅拌30min，最后以5000r/min的转速离心处理25min，收集上清液，得到黑磷纳米带分散液，整个制备过程都在惰性气氛下进行防止黑磷被氧化。

实施例4

一种黑磷纳米带的制备方法，具体步骤如下：

（1）在氮气气氛下，首先称取过200目筛后的黑磷粉末0.2mg与导电剂Super P0.06mg和粘结剂聚偏氟乙烯0.03mg混合研磨30min，将物料均匀的涂覆在铜箔上，然后放入真空干燥箱干燥12h，干燥完成后用打孔器冲出直径为14mm的负极材料，在手套箱中组装锂离子电池，选用电流密度为300mA/g进行恒电流放电，放电至比容量为500mAh/g时停止放电；

（2）步骤（1）放电结束后，在氮气气氛下，拆开电池，取出负极材料，加入30mL乙醇振荡洗涤，然后将负极材料放入到80mL装有去离子水的锥形瓶中，在20℃超声处理40min，最后以6000r/min的转速离心处理15min，收集上清液，得到黑磷纳米带分散液，整个制备过程都在惰性气氛下进行防止黑磷被氧化。

实施例5

一种黑磷纳米带的制备方法，具体步骤如下：

（1）在氮气气氛下，首先称取过200目筛后的黑磷粉末0.3mg与导电剂Super P0.09mg和粘结剂聚偏氟乙烯0.04mg混合研磨40min，将物料均匀的涂覆在铝箔上，然后放入真空干燥箱干燥12h，干燥完成后用打孔器冲出直径为14mm的负极材料，在手套箱中组装钠离子电池，钠离子电池选用电流密度为500mA/g进行恒电流放电，放电至比容量为100mAh/g时停止放电；

（2）步骤（1）放电结束后，在氮气气氛下，拆开电池，取出负极材料，加入30mL丙酮摇晃20min，然后将负极材料放入到50mL装有去离子水的锥形瓶中，在20℃下搅拌20min，最后以8000r/min的转速离心处理5min，收集上清液，得到黑磷纳米带，整个制备过程都在惰性气氛下进行防止黑磷被氧化。