一種單晶少層銻烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)，特別涉及一種單晶少層銻烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銻是第五主族元素，室溫下穩(wěn)定存在，為帶有銀色光澤的灰色金屬，屬于六方晶系排布狀態(tài)，有一個(gè)6次對(duì)稱軸或者6次倒轉(zhuǎn)軸，該軸是晶體的直立結(jié)晶軸C軸。另外三個(gè)水平結(jié)晶軸正端互成120夾角。銻的結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)(空間群:R3m N0.166)，每層都包含相連的褶皺六元環(huán)結(jié)構(gòu)，最近的和次近的銻原子形成變形八面體，層與層之間的成鍵很弱。
[0003]鑒于上述銻的結(jié)構(gòu)特征，層與層之間比較弱的結(jié)合力使得銻的剝離成為可能。對(duì)于銻而言，其本身在現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)中就有著廣泛的應(yīng)用，例如與鉛形成鉛銻合金，作為鉛酸電池的電極；作為減磨合金的添加劑等；同時(shí)，銻作為硅的摻雜劑也被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中。工業(yè)生產(chǎn)中所用的銻一般是將銻礦石在高溫下通過(guò)碳粉還原得到。
[0004]在新興的納米材料領(lǐng)域，探索和發(fā)現(xiàn)新的二維材料具有強(qiáng)大吸引力。銻烯這一概念最早由文獻(xiàn)(Atomically thin arsenene and antimonene: semimetal-semiconductorand indirect-direct band-gap transit1ns.Angewandte Chemie 2015，54:3112-3115)報(bào)道，銻烯被定義為在厚度上只有一層原子或少層原子構(gòu)成的銻納米片。目前，尚無(wú)銻烯的制備合成方法的報(bào)道，通過(guò)納米化的方法制備出銻烯，無(wú)論是在能源器件如鋰離子電池，還是在光電器件領(lǐng)域如光限幅器件上都將會(huì)有大規(guī)模應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可控的高質(zhì)量、大規(guī)模的新型二維材料——單晶少層銻烯的制備方法，利用液相超聲輔助剝離的方法大量制備大小和厚度均一、尺寸可調(diào)控、高純度、高結(jié)晶度的銻烯。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種單晶少層銻烯的制備方法，采用液相超聲輔助剝離的方法，將銻粉、有機(jī)溶劑和表面活性劑混合并超聲剝離，一步法制備少層銻烯。通過(guò)調(diào)控超聲功率、超聲時(shí)間和表面活性劑的用量，得到不同尺寸厚度的銻烯，具體步驟如下:
[0007]首先將銻粉和乙醇混合均勻，再加入表面活性劑，然后在80?100W功率下超聲3?5h，之后將超聲后的混合液慢速離心，上清液經(jīng)冷凍干燥后制得銻烯。
[0008]所述的表面活性劑選自油胺、十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的一種，優(yōu)選為十一.燒基硫酸納。
[0009]所述的表面活性劑的質(zhì)量為銻質(zhì)量的1%?10%，優(yōu)選為1%?4%。
[0010]所述的離心的速度為2000?2500r/min，離心時(shí)間為10?15min。
[0011]所述的冷凍干燥時(shí)間為18?20h。
[0012]本發(fā)明采用超聲液相輔助剝離的方法，超聲波為溶液體系提供能量，乙醇獲得能量后與銻粉作用，可以有效地打破銻原子層之間弱的范德華力，從而剝離得到少層銻烯。表面活性劑的加入一方面可以調(diào)節(jié)有機(jī)溶液的表面能，使之盡可能與銻烯的表面能平衡；另一方面，表面活性劑可以有效的包覆在銻烯表面，防止其聚沉。
[0013]本發(fā)明的銻烯的制備方法工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)溫和、容易控制且重復(fù)性好，制備得到的銻烯大小和厚度均一、尺寸可調(diào)控、純度高。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為實(shí)施例1制備的銻烯的SEM圖。
[0015]圖2為實(shí)施例1制備的銻烯的厚度分布統(tǒng)計(jì)圖。
[0016]圖3為實(shí)施例1制備的銻烯的XRD圖。
[0017]圖4為實(shí)施例2制備的銻烯的SEM圖。
[0018]圖5為實(shí)施例2制備的銻烯的HRTEM圖。
[0019]圖6為實(shí)施例3制備的銻烯的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]首先，向100ml廣口瓶中加入4g銻粉和80ml無(wú)水乙醇，混合均勻，再加入40mg表面活性劑油胺；然后，將反應(yīng)容器置于超聲清洗機(jī)中，以80W功率超聲3h ;將超聲后的液體以2000r/min離心lOmin，取出上清液；最后，將取出的上清液冷凍干燥18h，最終產(chǎn)物即為銻烯。
[0023]對(duì)制備得到的銻烯進(jìn)行表征分析，結(jié)果如圖1、圖2和圖3所示。圖1為掃描電子顯微鏡圖，從圖可知，銻烯形貌均勻、大小均一、尺寸約為2.5 μπι。圖2為根據(jù)原子力顯微鏡測(cè)試結(jié)果得到的銻烯厚度分布統(tǒng)計(jì)圖，從圖2可知，75%以上的銻烯厚度在15nm以下，30%以上的銻烯厚度為5?10nm。圖3為銻烯的XRD測(cè)試圖，從圖3可知，所有的衍射峰均為銻的特征峰，未見任何雜相，說(shuō)明制得的少層銻烯具有極高的結(jié)晶性和純度。
[0024]實(shí)施例2
[0025]首先，向100ml廣口瓶中加入4g鋪粉和80ml無(wú)水乙醇，混合均勾，再加入40mg表面活性劑十二烷基硫酸鈉；然后，將反應(yīng)容器置于超聲清洗機(jī)中，以80W功率超聲3h ;將超聲后的液體以2000r/min離心lOmin，取出上清液；最后，將取出的上清液冷凍干燥18h，最終產(chǎn)物即為銻烯。
[0026]對(duì)制備得到的銻烯進(jìn)行表征分析，結(jié)果如圖4、圖5所示。圖4為掃描電子顯微鏡圖，從圖2可知銻烯形貌均勻、大小均一、尺寸約為1 ym，說(shuō)明采用不用的表面活性劑，可以有效的對(duì)銻烯的尺寸起到調(diào)節(jié)作用。圖5為HRTEM圖，可知制備出的少層銻烯晶格結(jié)構(gòu)完整、清晰，是很好的單晶，并且晶面與XRD最強(qiáng)峰相對(duì)應(yīng)。
[0027]實(shí)施例3
[0028]首先，向100ml廣口瓶中加入4g銻粉和80ml無(wú)水乙醇，混合均勻，再加入40mg表面活性劑十二烷基硫酸鈉；然后，將反應(yīng)容器置于超聲清洗機(jī)中，以100W功率超聲5h ;將超聲后的液體以2000r/min離心lOmin，取出上清液；最后，將取出的上清液冷凍干燥18h，最終產(chǎn)物即為銻烯。
[0029]對(duì)制備得到的銻烯進(jìn)行表征分析，結(jié)果如圖6所示?？芍?，銻烯形貌均勻、大小均一、尺寸約為400nm，由此可見提高超聲功率和超聲時(shí)間，對(duì)銻烯的尺寸形貌有顯著的調(diào)節(jié)作用。
[0030]實(shí)施例4
[0031]首先，向100ml廣口瓶中加入4g鋪粉和80ml無(wú)水乙醇，混合均勾，再加入160mg表面活性劑十二烷基硫酸鈉；然后，將反應(yīng)容器置于超聲清洗機(jī)中，以100W功率超聲5h ;將超聲后的液體以2500r/min離心lOmin，取出上清液；最后，將取出的上清液冷凍干燥18h，最終產(chǎn)物即為銻烯。
[0032]實(shí)施例5
[0033]首先，向100ml廣口瓶中加入4g銻粉和80ml無(wú)水乙醇，混合均勻，再加入400mg表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉；然后，將反應(yīng)容器置于超聲清洗機(jī)中，以100W功率超聲5h ;將超聲后的液體以2500r/min離心lOmin，取出上清液；最后，將取出的上清液冷凍干燥18h，最終產(chǎn)物即為銻烯。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單晶少層銻烯的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:首先將銻粉和乙醇混合均勻，再加入表面活性劑，然后在80?100W功率下超聲3?5h，之后將超聲后的混合液慢速離心，上清液經(jīng)冷凍干燥后制得單晶少層銻烯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶少層銻烯的制備方法，其特征在于，所述的表面活性劑選自油胺、十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶少層銻烯的制備方法，其特征在于，所述的表面活性劑的質(zhì)量為鋪質(zhì)量的1%?10%。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的單晶少層銻烯的制備方法，其特征在于，所述的表面活性劑的質(zhì)量為鋪質(zhì)量的1%?4%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶少層銻烯的制備方法，其特征在于，所述的離心的速度為2000?2500r/min，離心時(shí)間為10?15min。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶少層銻烯的制備方法，其特征在于，所述的冷凍干燥時(shí)間為18?20ho
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高質(zhì)量、大規(guī)模的新型二維材料單晶少層銻烯的制備方法。本發(fā)明采用液相超聲剝離技術(shù)，以銻粉、乙醇、表面活性劑超聲輔助剝離第五主族銻納米片。首先將銻粉和乙醇在室溫下混合，然后加入適量的表面活性劑，在一定功率下超聲處理一段時(shí)間，從而大量制備出銻烯。通過(guò)調(diào)節(jié)制備工藝參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)銻烯大小尺寸的調(diào)節(jié)。本發(fā)明反應(yīng)條件溫和，制備工藝簡(jiǎn)單，可用于大規(guī)模制備。利用本發(fā)明方法制備得到的少層銻烯厚度、大小均一，尺寸可調(diào)，純度高，結(jié)晶度好。
【IPC分類】C30B29/02, C30B29/64
【公開號(hào)】CN105297133
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510711198
【發(fā)明人】曾海波, 霍成學(xué), 薛潔, 宋繼中, 嚴(yán)仲, 玉蘇普喀迪爾·依比
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年10月28日