一种黑磷量子点的电化学制备方法技术

本发明专利技术公开了一种黑磷量子点的电化学制备方法，采用电化学插层方法在有机溶剂中分解黑磷晶体以得到黑磷量子点，具体实现方法为：首先，将黑磷晶体用导电胶固定在金属棒上作为工作电极，以铂电极作为对电极，将工作电极和对电极置于含有电解质的有机溶剂中；然后，将工作电极和对电极分别连接到直流电源的正极和负极，施加设定范围的电压，电解质离子迁移到黑磷晶体并发生电化学插层反应，使得黑磷量子点从黑磷晶体上脱落至有机溶剂中，得到黑磷量子点分散液。本发明专利技术公开的黑磷量子点的制备方法具有成本低、可规模化制备、效率高、生产周期短的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，该方法利用电解质离子在黑磷晶体上发生插层反应形成量子点分散液，属于纳米材料制备

技术介绍
二维纳米材料如石墨稀、过渡金属硫化物等，以其优异的物理和结构特性已经在电子、传感和光电器件等多领域表现出非凡的应用潜力。其中，石墨烯作为最具代表性的二维材料已经被广泛研究。它具有超高的载流子迀移率，但缺乏带隙却严重阻碍了石墨烯在逻辑半导体器件如场效应晶体管中的应用。而作为过渡金属硫化物半导体家族的代表成员，二硫化钼(MoS2)具有明显的带隙，且在η-型晶体管中表现出优异的开关比特性(>108)。然而，MoS2中结构缺陷存在可能会导致电子迀移率的降低，从而影响它的电学性能。因此许多方法被尝试用来在石墨烯中引入带隙，比如将其切成纳米带，引入缺陷和制作量子点。近年来，具有单层或者少层黑磷原子层结构的黑磷烯，以其较高的的载流子迀移率(200?1000cm2V—1S.1)、可调节的直接带隙、较大的开关比特性(14?15)和各向异性等，逐渐成为最具潜力的适用于高性能电子和光电子器件的二维半导体材料。作为黑磷烯的对应块体材料黑磷，是磷的同素异形体中最稳定的，并在1914年经由白磷在高温高压下转换而被首次制得。和石墨类似，黑磷的原子层间也是通过微弱的层间作用力而相互堆叠，并且这种作用力具有范德华力特征，最近的报告证实基于黑磷纳米片的电子器件相比于基于石墨烯的电子器件有更好的表现。进一步，黑磷量子点也被制备出来，并用于阻变存储器和热电转换器件。然后目前黑磷量子点的制备仍然采用超声制备的方法，耗时耗能，产率低，且难以控制量子点的尺寸。为此，开发一种可以对量子点尺寸加以控制且简单易行的制备方法对扩宽黑磷在电子、光电器件以及光学等诸多领域的工业级应用具有重要价值。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供，利用电解质离子在黑磷晶体上发生层间插入反应导致黑磷量子点脱落，可实现黑磷量子点的简单、快速制备，具有低成本、规模化制备的潜能。技术方案:为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:—种黑磷量子点的电化学制备方法，采用电化学插层方法在有机溶剂中分解黑磷晶体以得到黑磷量子点，具体实现方法为:首先，将黑磷晶体用导电胶固定在金属棒上作为工作电极，以铂电极作为对电极，将工作电极和对电极置于含有电解质的有机溶剂中；然后，将工作电极和对电极分别连接到直流电源的正极和负极，施加设定范围的电压，电解质离子迀移到黑磷晶体并发生电化学插层反应，使得黑磷量子点从黑磷晶体上脱落至有机溶剂中，得到黑磷量子点分散液。该方法具体包括如下步骤:(I)将黑磷晶体用导电胶固定在金属棒上作为工作电极，以铂电极作为对电极，将工作电极和对电极置于含有电解质的有机溶剂中；有机溶剂的温度保持在1?35°C范围内，有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，电解质为0.1?2M的氯化锂；(2)将工作电极和对电极分别连接到直流电源的正极和负极，施加5?15V的电压，电解质离子迀移到黑磷晶体并发生电化学插层反应，使得黑磷量子点从黑磷晶体上脱落至有机溶剂中，得到黑磷量子点分散液；(3)将黑磷量子点分散液在转速为1500rpm条件下离心分离，取其稳定的上层清液，即可得到直径为2?20nm的黑磷量子点。有益效果:本专利技术提供的黑磷量子点的电化学制备方法，利用电解质离子在黑磷晶体上发生层间插入反应导致黑磷量子点脱落的方法可实现黑磷量子点的简单、快速制备，具有低成本、规模化制备的潜能。该制备方法利用理想环境下的两电极电化学体系，电解质离子在两电极间的电压的驱动到下迀移到黑磷晶体上，并发生层间插入反应从而使得黑磷量子点连续脱落;这一基于电化学离子层间插入原理的方法可进一步放大到工业化规模化生产，因而具有高度的扩展性和广泛的应用性。和现有的黑磷量子点剥离方法相比，这种剥离技术不仅可避免液相超声剥离过程中超声波能量效率不足、剥离时间冗长的问题；更重要的是，利用电化学剥离技术所制得的黑磷量子点，具有较统一的尺寸。【附图说明】图1为采用本专利技术方法制得的黑磷量子点分散液的光学照片；图2为采用本专利技术方法制得的黑磷量子点的TEM像;其中，(a)是低倍TEM像，(b)是高分辨TEM像；图3为采用本专利技术方法制得的黑磷量子点的尺寸统计柱状图；其中，横坐标为直径(单位:nm)，；纵坐标是计数(无量纲)。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。实施例1(I)首先将黑磷晶体用导电胶固定在金属棒上作为工作电极，以铂电极作为对电极，两者置于含有电解质的有机溶剂中，溶剂温度保持在10°C。所用有机溶剂为N，N_二甲基甲酰胺(DMF)，电解质为0.5M的氯化锂。(2)然后将工作电极和对电极分别连接到直流电源的正极和负极，施加7V的电压，利用电解质离子迀移到黑磷晶体并发生电化学插层反应，导致黑磷晶体分解形成量子点分散液。(3)将所得黑磷量子点分散液在转速为1500rpm条件下离心分离，取其稳定的上层清液，即可得到平均直径为3nm的量子点。实施例2(I)首先将黑磷晶体用导电胶固定在金属棒上作为工作电极，以铂电极作为对电极，两者置于含有电解质的有机溶剂中，溶剂温度保持在20°C。所用有机溶剂为N，N_二甲基甲酰胺(DMF)，电解质为IM的氯化锂。(2)然后将工作电极和对电极分别连接到直流电源的正极和负极，施加1V的电压，利用电解质离子迀移到黑磷晶体并发生电化学插层反应，导致黑磷晶体分解形成量子点分散液。(3)将所得黑磷量子点分散液在转速为1500rpm条件下离心分离，取其稳定的上层清液，即可得到平均直径为5nm的量子点。图1为本实施例制备的黑磷量子点分散液的光学照片。图2为黑磷量子点分散液中黑磷量子点的TEM像，其中，(a)是低倍TEM像，(b)是高分辨TEM像。根据图3黑磷量子点的尺寸统计柱状图分析可知，本实施例制备的量子点的平均直径约为3nm。实施例3(I)首先将黑磷晶体用导电胶固定在金属棒上作为工作电极，以铂电极作为对电极，两者置于含有电解质的有机溶剂中，溶剂温度保持在35°C。所用有机溶剂为N，N_二甲基甲酰胺(DMF)，电解质为1.5M的氯化锂。(2)然后将工作电极和对电极分别连接到直流电源的正极和负极，施加12V的电压，利用电解质离子迀移到黑磷晶体并发生电化学插层反应，导致黑磷晶体分解形成量子点分散液。(3)将所得黑磷量子点分散液在转速为1500rpm条件下离心分离，取其稳定的上层清液，即可得到平均直径为7nm的量子点。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出:对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。【主权项】1.，其特征在于:采用电化学插层方法在有机溶剂中分解黑磷晶体以得到黑磷量子点，具体实现方法为:首先，将黑磷晶体用导电胶固定在金属棒上作为工作电极，以铂电极作为对电极，将工作电极和对电极置于含有电解质的有机溶剂中；然后，将工作电极和对电极分别连接到直流电源的正极和负极，施加设定范围的电压，电解质离子迀移到黑磷晶体并发生电化学插层反应，使得黑磷量子点从黑磷晶体上脱落至有机溶剂中，得到黑磷量子点分散液。2.根据权利要求1所述的黑磷量子点的电化学制备方法，其特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种黑磷量子点的电化学制备方法，其特征在于：采用电化学插层方法在有机溶剂中分解黑磷晶体以得到黑磷量子点，具体实现方法为：首先，将黑磷晶体用导电胶固定在金属棒上作为工作电极，以铂电极作为对电极，将工作电极和对电极置于含有电解质的有机溶剂中；然后，将工作电极和对电极分别连接到直流电源的正极和负极，施加设定范围的电压，电解质离子迁移到黑磷晶体并发生电化学插层反应，使得黑磷量子点从黑磷晶体上脱落至有机溶剂中，得到黑磷量子点分散液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐峰，童日，汪栋，徐希庆，陆琰琰，倪亚茹，闵辉华，孙立涛，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32