纳米黑磷的制备及其稳定性研究
发布时间：2021-06-22 11:17
纳米黑磷在储能、催化、生物医药、传感器、太阳能电池等领域展现出很好的应用前景,而如何高效制备纳米黑磷是其应用的关键。另外,研究表明不同结构形貌的纳米黑磷将具有不同的性能和应用领域。因此,开发新型结构的纳米黑磷,有望提升纳米黑磷的性能,拓宽其应用领域。此外,纳米黑磷的应用还受限于其不稳定性。本文围绕纳米黑磷的高效制备及其稳定性开展研究工作,开发了纳米黑磷的高效制备方法,并制备出了一种新型结构的纳米黑磷——打孔黑磷烯,结合材料复合技术及键合作用改善了纳米黑磷的稳定性,具体研究工作如下:（1）通过液氮辅助的方法制备出了黑磷量子点。采用SEM、TEM、XRD、拉曼、UV-vis吸收光谱等技术对制备的黑磷量子点进行了表征、分析,相关研究结果表明黑磷量子点的横向尺寸约为10 nm。该方法以绿色无污染的液氮为插层剂,通过液氮快速气化产生的巨大冲击力,将黑磷撕裂为黑磷量子点。因此,该方法具有绿色环保、省时高效、简单易操作、无杂质引入等优点。（2）采用外场辅助的方法首次制备出一种新型纳米黑磷——打孔黑磷烯。采用SEM、TEM、XPS、XRD、AFM、拉曼、UV-vis吸收光谱等技术对制备的打孔黑磷烯进行...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）晶体黑磷的侧面图；（b）晶体黑磷的俯视图[2]
昆明理工大学硕士学位论文11图1.3电化学剥离合成黑磷纳米粒子示意图[17]Fig.1.3Synthesisofblackphosphorusnanoparticlesbysolution-basedelectrochemicalexfoliationwithbipolarelectrodes[17]1.3.2.6溶剂热法溶剂热法是指在密闭体系如高压釜内，以有机物液体为溶剂，在一定温度和溶剂的自生压力下，原始混合物进行反应的一种合成方法[36]。该方法已被广泛用于制备其他纳米颗粒，具有纳米颗粒尺寸可控、纯度高、晶型好等优点。Tian等人以白磷为原料，乙二胺为溶剂，采用溶剂热法合成了黑磷纳米片[18,81]。将一定量的白磷加入到乙二胺溶剂中，并连续搅拌以使白磷完全溶解。随后，将该溶液转移到带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于不同温度条件下加热12小时，得到黑磷纳米片。黑磷纳米片的厚度可通过控制温度来调节。这种方法制备的纳米黑磷具有较好的稳定性，并且该方法成本低，具有规模化生产的可能性。溶剂热法除了可以用于制备黑磷烯外，还用于制备超小的黑磷量子点。Yu等人首次采用溶剂热法合成了尺寸为2.1±0.9nm的黑磷量子点[19]。黑磷晶体被研磨成粉末，加入到含有饱和NaOH的NMP溶液中。然后该溶液在氮气气氛下于140℃强力搅拌6h。最后取反应后的上清液于7000r/min条件下离心分离20min。离心分离后得到的亮黄色悬浮液即是黑磷量子点的NMP溶液，合成原理图如图1.4所示。随后，Wang和Gu等人采用类似的方法合成了黑磷量子点[82,83]。并将其作为有效的饱和吸收体来束缚掺铒光纤激光器中的光孤子和用作比率荧光探针来检测微量汞离子。
昆明理工大学硕士学位论文12图1.4以NMP为溶剂溶剂热法制备黑磷量子点的示意图[19]Fig.1.4SchematicrepresentationofthesynthesisprocesstoprepareBPQDsbyusingasolvothermalmethodinNMP[19]1.3.2.7球磨法高能球磨法也称机械化学法。它一经出现，就成为制备超细材料的一种重要途径。它的原理是：利用机械能来诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化，以此来制备新材料。Zhang等人以红磷为原料，通过湿化学过程合成了横向尺寸约为1μm，厚度约为0.5~4nm的黑磷纳米片[84]。随后Zhao等人改进了上述方法，将5gNH4F完全溶解在25mL超纯水中；然后，将0.5g商业红磷加入到上述溶液中；最后，将形成的悬浮液转移到30mL高压釜中并在200℃条件下反应16h。这种温和的方法可得双层厚的黑磷烯[85]。Sun等人开发一种无溶剂的高能球磨法直接从红磷制备出黑磷纳米颗粒[21]。具体做法为：将1g红磷粉末和不锈钢球（重量比为100：1；球直径：6-25mm）装入容量为100毫升硬化钢瓶中，再将4gPEG加入该罐中；然后，将上述混合物研磨72h得到黑色粉末，并将其分散在30mL水中；将所得分散液以11000rpm的速度离心20min，得到的上清液进行透析，除去游离的PEG，最终得到PEG化的黑磷纳米粒子。该方法虽然简单，能够一步直接从红磷得到黑磷纳米粒子，但是能耗高、耗时长，并且得到的纳米黑磷结晶性不好。1.3.2.8其他方法虽然黑磷量子点已采用超声剥离等方法被成功制备出来，但是制备过程中涉及到的有机溶剂NMP具有强的发射作用，因此得到的量子点不能用作光致发光（PL）材料。Ge等人报道了一种在乙醚中采用脉冲激光刻蚀的方法来制备黑磷量子点[86]。将黑磷置
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米黑磷制备的研究进展[J]. 刘红红,陆艳,张文强,梅毅,廉培超. 磷肥与复肥. 2018(01)
[2]磷烯的制备、结构、性质及器件应用[J]. 朱晋潇,刘晓东,薛敏钊,陈长鑫. 物理化学学报. 2017(11)
[3]电化学剥离制备石墨烯及其光电特性研究进展[J]. 平蕴杰,龚佑宁,潘春旭. 中国激光. 2017(07)
本文编号：3242739
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）晶体黑磷的侧面图；（b）晶体黑磷的俯视图[2]
昆明理工大学硕士学位论文11图1.3电化学剥离合成黑磷纳米粒子示意图[17]Fig.1.3Synthesisofblackphosphorusnanoparticlesbysolution-basedelectrochemicalexfoliationwithbipolarelectrodes[17]1.3.2.6溶剂热法溶剂热法是指在密闭体系如高压釜内，以有机物液体为溶剂，在一定温度和溶剂的自生压力下，原始混合物进行反应的一种合成方法[36]。该方法已被广泛用于制备其他纳米颗粒，具有纳米颗粒尺寸可控、纯度高、晶型好等优点。Tian等人以白磷为原料，乙二胺为溶剂，采用溶剂热法合成了黑磷纳米片[18,81]。将一定量的白磷加入到乙二胺溶剂中，并连续搅拌以使白磷完全溶解。随后，将该溶液转移到带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于不同温度条件下加热12小时，得到黑磷纳米片。黑磷纳米片的厚度可通过控制温度来调节。这种方法制备的纳米黑磷具有较好的稳定性，并且该方法成本低，具有规模化生产的可能性。溶剂热法除了可以用于制备黑磷烯外，还用于制备超小的黑磷量子点。Yu等人首次采用溶剂热法合成了尺寸为2.1±0.9nm的黑磷量子点[19]。黑磷晶体被研磨成粉末，加入到含有饱和NaOH的NMP溶液中。然后该溶液在氮气气氛下于140℃强力搅拌6h。最后取反应后的上清液于7000r/min条件下离心分离20min。离心分离后得到的亮黄色悬浮液即是黑磷量子点的NMP溶液，合成原理图如图1.4所示。随后，Wang和Gu等人采用类似的方法合成了黑磷量子点[82,83]。并将其作为有效的饱和吸收体来束缚掺铒光纤激光器中的光孤子和用作比率荧光探针来检测微量汞离子。
昆明理工大学硕士学位论文12图1.4以NMP为溶剂溶剂热法制备黑磷量子点的示意图[19]Fig.1.4SchematicrepresentationofthesynthesisprocesstoprepareBPQDsbyusingasolvothermalmethodinNMP[19]1.3.2.7球磨法高能球磨法也称机械化学法。它一经出现，就成为制备超细材料的一种重要途径。它的原理是：利用机械能来诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化，以此来制备新材料。Zhang等人以红磷为原料，通过湿化学过程合成了横向尺寸约为1μm，厚度约为0.5~4nm的黑磷纳米片[84]。随后Zhao等人改进了上述方法，将5gNH4F完全溶解在25mL超纯水中；然后，将0.5g商业红磷加入到上述溶液中；最后，将形成的悬浮液转移到30mL高压釜中并在200℃条件下反应16h。这种温和的方法可得双层厚的黑磷烯[85]。Sun等人开发一种无溶剂的高能球磨法直接从红磷制备出黑磷纳米颗粒[21]。具体做法为：将1g红磷粉末和不锈钢球（重量比为100：1；球直径：6-25mm）装入容量为100毫升硬化钢瓶中，再将4gPEG加入该罐中；然后，将上述混合物研磨72h得到黑色粉末，并将其分散在30mL水中；将所得分散液以11000rpm的速度离心20min，得到的上清液进行透析，除去游离的PEG，最终得到PEG化的黑磷纳米粒子。该方法虽然简单，能够一步直接从红磷得到黑磷纳米粒子，但是能耗高、耗时长，并且得到的纳米黑磷结晶性不好。1.3.2.8其他方法虽然黑磷量子点已采用超声剥离等方法被成功制备出来，但是制备过程中涉及到的有机溶剂NMP具有强的发射作用，因此得到的量子点不能用作光致发光（PL）材料。Ge等人报道了一种在乙醚中采用脉冲激光刻蚀的方法来制备黑磷量子点[86]。将黑磷置
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米黑磷制备的研究进展[J]. 刘红红,陆艳,张文强,梅毅,廉培超. 磷肥与复肥. 2018(01)
[2]磷烯的制备、结构、性质及器件应用[J]. 朱晋潇,刘晓东,薛敏钊,陈长鑫. 物理化学学报. 2017(11)
[3]电化学剥离制备石墨烯及其光电特性研究进展[J]. 平蕴杰,龚佑宁,潘春旭. 中国激光. 2017(07)
本文编号：3242739
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