一种黑磷量子点/纳米片复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种黑磷量子点/纳米片复合材料及其制备方法 (Black phosphorus quantum dot/nanosheet composite material and preparation method thereof ) 是由 韩斌 席婷 楚阳阳 许并社 马淑芳 郝晓东 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种黑磷量子点/纳米片复合材料及其制备方法,属于复合材料制备技术领域,包括以下步骤：S1：制备黑磷分散液；S2：将S1黑磷分散液分别经过第一步微波处理和第二步微波处理,制得混合物；S3：将S2混合物进行离心处理,制得黑磷纳米片分散液；S4：将S3黑磷纳米片分散液进行微波处理,制得黑磷量子点/纳米片复合材料；本发明相比于超声处理,具有非常短的处理时间,不需要使用任何表面活性剂或超声来获得稳定少层黑磷；当微波辐照作用于试样时,黑磷大块薄片之间的范德华相互作用开始减弱,在合适的溶剂中逐层剥落,有效实现了黑磷量子点生长在片上的结构。(The invention discloses a black phosphorus quantum dot/nanosheet composite material and a preparation method thereof, belonging to the technical field of composite material preparation and comprising the following steps: s1: preparing a black phosphorus dispersion liquid; s2: respectively carrying out first-step microwave treatment and second-step microwave treatment on the S1 black phosphorus dispersion liquid to prepare a mixture; s3: centrifuging the S2 mixture to obtain a black phosphorus nanosheet dispersion liquid; s4: carrying out microwave treatment on the S3 black phosphorus nanosheet dispersion liquid to prepare a black phosphorus quantum dot/nanosheet composite material; compared with ultrasonic treatment, the method has very short treatment time, and does not need any surfactant or ultrasound to obtain stable few-layer black phosphorus; when microwave irradiation acts on a sample, Van der Waals interaction between the black phosphorus bulk thin slices begins to weaken, and the black phosphorus bulk thin slices are peeled off layer by layer in a proper solvent, so that the structure that the black phosphorus quantum dots grow on the slices is effectively realized.)
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种黑磷量子点/纳米片复合材料及其制备方法。
背景技术
黑磷(BP)在外观、性能和结构上都很像石墨，呈现黑色、片状，并能导电，链接原子呈褶皱的片状。在层状黑磷结构中的声子、光子和电子表现出高度的各向异性，在电子薄膜和红外线光电子技术上有重大潜在应用价值。在黑磷中光吸收对光偏振、薄膜厚度和掺杂十分敏感。黑磷光电晶体管也表现出在红外和可见光中的高光谱检测。黑磷与石墨的相似之处还包括可剥离的可能性，形成磷烯，一种具有优良电子转移性能的类石墨材料。
获得高质量的二维黑磷是最为关键的制备环节，研究的思路类比于结构相似的石墨烯制备，主要的研究集中于近两年，所以二维黑磷的制备仍在研究初步阶段，产业化尚需时日。目前制备二维黑磷的方法主要有三种：机械剥离法、液相剥离法、脉冲激光沉积。
在液相剥离法中，超声处理是最常用的，但是超声处理需要较长的时间，随着超声时间的加长，会减小横向尺寸，并在二维纳米薄片中造成异常的结构缺陷，且采用上述方法得到了二维纳米薄片，黑磷量子点和纳米片的复合材料还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出了一种黑磷量子点/纳米片复合材料及其制备方法。
本发明的第一个目的是提供一种黑磷量子点/纳米片复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备黑磷分散液；
S2：将S1黑磷分散液分别经过第一步微波处理和第二步微波处理，制得混合物；
第一步微波处理条件为：微波温度为45～55℃，微波功率为550～650W，时间为15～25min；第二步微波处理条件为：微波温度为65～75℃，微波功率为180～220W，时间为2～5min；
S3：将S2混合物进行离心处理，取上层液体，制得黑磷纳米片分散液；
S4：将S3黑磷纳米片分散液在温度为115～125℃，微波功率为550～650W条件下，微波处理5～15min，制得黑磷量子点/纳米片复合材料。
优选地，所述S1中黑磷分散液具体是通过以下步骤制得：
将黑磷置于饱和NaOH/NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶液中，搅拌均匀，制得黑磷分散液；黑磷：NaOH/NMP用量比为4～6mg：1ml。
优选地，所述S3中离心处理条件为离心转速为5500～6500rpm/min，时间为15～25min，后继续离心，设置离心转速为8500～9500rpm/min，时间为15～25min。
本发明的第二个目的是提供上述制备方法制得的黑磷量子点/纳米片复合材料。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
本发明采用两步微波法，首先使用高功率微波处理块状黑磷分散液，破坏黑磷层间的范德华力，接着用低功率微波处理，使得块状黑磷进一步分离成少层黑磷片，通过离心处理分离得到所需尺寸的黑磷纳米片；对离心后的黑磷纳米片继续进行一步微波处理，有效实现纳米片的打碎作用，实现纳米片与量子点的复合；相比于超声处理，具有非常短的处理时间，不需要使用任何表面活性剂或超声来获得稳定少层黑磷；当微波辐照作用于试样时，黑磷大块薄片之间的范德华相互作用开始减弱，在合适的溶剂中逐层剥落，有效实现了黑磷量子点生长在片上的结构。
附图说明
图1为实施例1制得的黑磷量子点/纳米片复合材料透射图；
图2为图1所示区域的的电子衍射图；
图3为实施例1制得的黑磷量子点/纳米片复合材料局部区域透射图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
一种黑磷量子点/纳米片复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制饱和NaOH/NMP溶液(NaOH和NMP任意配比至饱和即可)；
(2)称取块体黑磷，配制出5mg/ml的BP-饱和NaOH/NMP分散液；
(3)将步骤(2)中的BP-饱和NaOH/NMP分散液首先在微波温度为50℃，微波功率为600W条件下，处理20min；接着在微波温度为70℃，微波功率为200W条件下，处理3min，制得混合物；
(4)对步骤(3)混合物进行离心处理，设置离心转速为6000rpm/min，时间为20min；后继续离心，设置离心转速为9000rpm/min，时间为20min，取上层液体，制得黑磷纳米片分散液；
(5)将步骤(4)制得的黑磷纳米片分散液在微波温度为120℃，微波功率为600W条件下，处理10min，制得黑磷量子点/纳米片复合材料。
实施例2
一种黑磷量子点/纳米片复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制饱和NaOH/NMP溶液(NaOH和NMP任意配比至饱和即可)；
(2)称取块体黑磷，配制出4mg/ml的BP-饱和NaOH/NMP分散液；
(3)将步骤(2)中的BP-饱和NaOH/NMP分散液首先在微波温度为45℃，微波功率为550W条件下，处理15min；接着在微波温度为65℃，微波功率为180W条件下，处理2min，制得混合物；
(4)对步骤(3)混合物进行离心处理，设置离心转速为6500rpm/min，时间为15min，后继续离心，设置离心转速为8500rpm/min，时间为15min，取上层液体，制得黑磷纳米片分散液；
(5)将步骤(4)制得的黑磷纳米片分散液在微波温度为115℃，微波功率为650W条件下，处理5min，制得黑磷量子点/纳米片复合材料。
实施例3
一种黑磷量子点/纳米片复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制饱和NaOH/NMP溶液(NaOH和NMP任意配比至饱和即可)；
(2)称取块体黑磷，配制出6mg/ml的BP-饱和NaOH/NMP分散液；
(3)将步骤(2)中的BP-饱和NaOH/NMP分散液首先在微波温度为55℃，微波功率为650W条件下，处理25min；接着在微波温度为75℃，微波功率为220W条件下，处理5min，制得混合物；
(4)对步骤(3)混合物进行离心处理，设置离心转速为5500rpm/min，时间为25min，后继续离心，设置离心转速为9500rpm/min，时间为25min，取上层液体，制得黑磷纳米片分散液；
(5)将步骤(4)制得的黑磷纳米片分散液在微波温度为125℃，微波功率为550W条件下，处理15min，制得黑磷量子点/纳米片复合材料。
上述实施例1～3所制得的黑磷量子点/纳米片复合材料性能近似，下面仅以实施例1制得的黑磷量子点/纳米片复合材料为例，说明本发明方法的效果。
图1为黑磷量子点/纳米片复合材料透射图，由图1可得，在大尺寸的黑磷纳米片上出现黑磷量子点，由此可以说明使用本发明方法能够成功制得黑磷纳米片/量子点的复合材料；图2为图1所示区域的的电子衍射图，由图2可得，黑磷纳米片/量子点的复合材料的电子衍射图，证明它是多晶；由图3可得，一整片完整黑磷纳米片与黑磷量子点的复合情况透射图，黑磷纳米片尺寸在1μm×1μm左右，黑磷量子点较均匀复合在黑磷纳米片上，可以验证我们的结论。
综上所述，本发明采用两步微波法，首先使用高功率微波处理块状黑磷分散液，破坏黑磷层间的范德华力，接着用低功率微波处理，使得块状黑磷进一步分离成少层黑磷片，通过离心处理分离得到所需尺寸的黑磷纳米片；对离心后的黑磷纳米片继续进行一步微波处理，有效实现纳米片的打碎作用，实现纳米片与量子点的复合，相比于超声处理，具有非常短的处理时间，不需要使用任何表面活性剂或超声来获得稳定少层黑磷；当微波辐照作用于试样时，黑磷大块薄片之间的范德华相互作用开始减弱，在合适的溶剂中逐层剥落，有效实现了黑磷量子点生长在片上的结构。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。