一种二维无机盐晶体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二维无机盐晶体及其制备方法。该二维无机盐晶体的元素化学计量比非常规，所述二维无机盐晶体的元素化学计量比为1.1：1～6.0：1，其XRD衍射图谱在(200)处和(400)处出现衍射峰；该二维无机盐晶体的制备方法括下述步骤：将碳基材料浸泡在无机盐溶液中10～120min，至析出晶体即可，无机盐溶液为非饱和溶液，其摩尔浓度≥1mol/L。本发明专利技术的制备方法具有普适性，制备过程简单，易于操作，实现了在常温常压非饱和溶液中制备非常规化学计量的二维晶体，解决了常温常压下非饱和溶液结晶的难点，开辟了制备二维新晶体的新途径，具有良好的应用前景。

A Two-Dimensional Inorganic Salt Crystal and Its Preparation Method

The invention discloses a two-dimensional inorganic salt crystal and a preparation method thereof. The element stoichiometry ratio of the two-dimensional inorganic salt crystal is unconventional. The element stoichiometry ratio of the two-dimensional inorganic salt crystal is 1.1:1-6.0:1, and the XRD diffraction peaks appear at (200) and (400). The preparation method of the two-dimensional inorganic salt crystal includes the following steps: immersing the carbon-based material in inorganic salt solution for 10-120 minutes until the crystal is precipitated, and the inorganic salt solution is as follows: In unsaturated solution, the molar concentration is more than 1 mol/L. The preparation method of the invention has universality, simple preparation process and easy operation, realizes the preparation of unconventional stoichiometric two-dimensional crystals in atmospheric and atmospheric unsaturated solution, solves the difficulty of crystallization of unsaturated solution at atmospheric temperature and pressure, opens up a new way to prepare two-dimensional new crystals, and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种二维无机盐晶体及其制备方法
本专利技术涉及一种二维无机盐晶体及其制备方法。
技术介绍
二维晶体材料，如石墨烯、六方氮化硼、过渡金属硫族化合物、黑磷和硅烯等，包括人工合成的单原子层蜂窝状结构等(NatureChemistry,2013,5:263～275；ChemicalReviews,2013,113:3766～3798)，因其具有独特的物理化学性能，受到了大量的研究和关注(Science,2004,306(5696):666～669；Nanomaterials,ChemicalReviews,2017；Science,2009,324(5934):1530～1534)。尽管二维材料的制备工艺日趋完善，但在自然界最常见、生物过程中不可或缺的无机盐，如NaCl、KCl的二维晶体的制备仍然是巨大的挑战，尤其是元素化学计量比例非1：1的二维晶体至今仍无法合成。有文献报道在高温高压的极端条件下，制备出了不同化学计量的NaCl三维晶体，且具有一定的热力学稳定性(Science,2013,342(6165):1502～1505)，然而其苛刻的制备条件和保存环境，严重限制了NaCl三维晶体新性能的研究及应用。目前，在常温常压的自然环境条件下，只有在使用激光诱导法或基于底物与溶质之间的相似性的条件下，才能从一些不饱和溶液中成核形成结晶(Langmuir,2007,23(11):5852～5856；AccountsofChemicalResearch,2009,42(5):621～629)。这种方法制备过程复杂，难于操作。因此，寻求合适的在常温常压条件下制备二维无机盐晶体的方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中制备过程复杂、难于操作等缺陷，提供了一种二维无机盐晶体及其制备方法。本专利技术的二维无机盐晶体的元素化学计量比非常规，为1.1：1～6.0：1，本专利技术的制备方法具有普适性，制备过程简单，易于操作，实现了在常温常压非饱和溶液中制备非常规化学计量的二维晶体，解决了常温常压下非饱和溶液结晶的难点，开辟了制备二维新晶体的新途径，具有良好的应用前景。本专利技术通过下述技术方案解决上述技术问题。本专利技术提供了一种二维无机盐晶体，所述二维无机盐晶体的元素化学计量比非常规，所述二维无机盐晶体的元素化学计量比为1.1：1～6.0：1；其中，所述元素化学计量比为所述无机盐晶体中阳离子与阴离子的个数比。本专利技术中，所述二维无机盐晶体的元素化学计量比较佳地为3.0：1。本专利技术中，所述二维无机盐晶体的XRD衍射图谱在(200)处和(400)处出现衍射峰。本专利技术中，所述二维无机盐晶体较佳地为片状。本专利技术还提供了一种上述二维无机盐晶体的制备方法，其包括下述步骤：将碳基材料浸泡在无机盐溶液中10～120min，至析出晶体即可；其中，所述无机盐溶液为非饱和溶液，所述无机盐溶液的摩尔浓度≥1mol/L。本专利技术中，所述碳基材料较佳地为独立支撑的氧化石墨烯薄膜、部分还原的氧化石墨烯膜、带有滤膜支撑的氧化石墨烯膜或含芳环结构的碳基材料。本专利技术中，所述碳基材料本领域公知可通过方法1滴涂法和/或方法2抽滤法制得，所述滴涂法为本领域常规的滴涂法，所述抽滤法为本领域常规的抽滤法。较佳地，所述独立支撑的氧化石墨烯薄膜的制备方法较佳地采用滴涂法(方法1)，其包括以下步骤：将氧化石墨烯溶液滴涂于光滑疏水纸表面，干燥即得独立支撑的氧化石墨烯膜。将上述获得的独立支撑的氧化石墨烯膜进行水热反应，即得部分还原氧化石墨烯膜。所述的带有滤膜支撑的氧化石墨烯较佳地采用抽滤法(方法2)，其包括以下步骤：将氧化石墨烯溶液抽滤，滤膜干燥即得带有滤膜支撑的氧化石墨烯膜；其中，所述抽滤为滤膜抽滤。将上述获得的所述带有滤膜支撑的氧化石墨烯膜进行水热反应，即得部分还原氧化石墨烯膜。方法1或方法2中，所述氧化石墨烯溶液为本领域常规使用的氧化石墨烯溶液。所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯为本领域常规的氧化石墨烯，较佳地为通过改良的Hummers方法制备的氧化石墨烯。所述氧化石墨烯溶液的溶剂为本领域常规使用的用于配置氧化石墨烯溶液的溶剂，可为有机溶剂或水，所述有机溶剂较佳地为乙醇、丙酮、二甲基亚砜(DMSO)等，也可为几种有机溶剂的混合溶剂。所述氧化石墨烯溶液的浓度为本领域常规使用的氧化石墨烯溶液的浓度，较佳地，所述氧化石墨烯溶液的质量浓度为0.1～10mg/mL，更佳地为5mg/mL。方法2中，所述滤膜为本领域常规使用的滤膜，较佳地为水相滤膜，所述滤膜的孔径较佳地为0.22μm。方法1或方法2中，所述干燥的操作和条件为本领域常规的干燥的操作和条件，只要是不损坏膜的性质的干燥条件均可，比如：在干燥皿内常温干燥、低温冷冻干燥、烘箱内常温真空干燥等方法均可作为膜的干燥方法，较佳地为在烘箱内干燥，所述干燥的温度较佳地为60～80℃，更佳地为70℃。所述干燥的时间较佳地为6～10小时，更佳地为8小时。方法1或方法2中，所述水热反应为本领域常规的水热反应，较佳地为在去离子水中进行水热反应。所述水热反应的去离子水的用量不做特殊限制，只要能够进行水热反应即可，较佳地为20～50mL，更佳地为30mL。所述水热反应的温度较佳地为160～200℃，更佳地为180℃。本专利技术中，所述碳基材料的膜的平整度、厚度和表面积大小不会影响晶体析出。所述碳基材料的膜的厚度较佳地为0.2微米～100微米，更佳地为25微米。本专利技术中，所述碳基材料本领域公知可以在常温常压下、低于180℃的真空干燥箱内或者离子浓度为0.1～5.0mol/L的无机盐溶液可长久保存。本专利技术中，所述无机盐溶液为本领域常规使用的无机盐溶液，较佳地为钾盐溶液和/或钠盐溶液，例如所述的钠盐可为硫酸钠、碳酸钠、氟化钠、氯化钠、溴化钠、碘化钠，所述的钾盐可为硫酸钾、碳酸钾、氟化钾、氯化钾、溴化钾、碘化钾；所述无机盐溶液中的无机盐也可为氯化钙、氯化镁或氯化铵等。本专利技术中，所述无机盐溶液的溶剂可为水或有机溶剂，所述有机溶剂为本领域常规使用的有机溶剂，例如乙醇、甲醇、丙酮、甘油、二氯乙烷、三氯乙烯、氯仿或甲苯等。本专利技术中，所述无机盐溶液为非饱和溶液，“非饱和溶液”这一概念本领域技术人员均知其含义，即溶液浓度小于饱和溶液的浓度。本专利技术的所述无机盐溶液的摩尔浓度为1mol/L至所述盐的饱和溶液的浓度。本专利技术中，所述无机盐溶液的摩尔浓度较佳地为2.5mol/L。本专利技术中，所述浸泡的时间较佳地为0.5小时。本专利技术中，所述浸泡的过程为所述盐溶液中的离子以所述碳基材料的空间为模板，在所述碳基材料的片层之间形成单/双原子层的二维无机盐晶体。本专利技术中，所述浸泡之后本领域公知需进行后处理，所述后处理较佳地为除去所述碳基材料表面吸附的盐溶液，然后干燥，之后除去所述碳基材料。其中，所述除去碳基材料表面吸附的盐溶液的方法为本领域常规使用的除去表面吸附的盐溶液的方法，较佳地采用离心；所述离心的速率为本领域常规使用的离心的速率，较佳地为1000rpm～10000rpm，更佳地为2000rpm。其中，所述干燥本领域公知是干燥所述碳基材料的湿膜，所述干燥的操作和条件为本领域常规的干燥的操作和条件，较佳地采用干燥箱，所述干燥的温度较佳地为60～80℃，更佳地为70℃。其中，所述除去本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维无机盐晶体，其特征在于，所述二维无机盐晶体的元素化学计量比非常规，所述二维无机盐晶体的元素化学计量比为1.1：1～6.0：1；其中，所述元素化学计量比为所述无机盐晶体中阳离子与阴离子的个数比。

【技术特征摘要】
1.一种二维无机盐晶体，其特征在于，所述二维无机盐晶体的元素化学计量比非常规，所述二维无机盐晶体的元素化学计量比为1.1：1～6.0：1；其中，所述元素化学计量比为所述无机盐晶体中阳离子与阴离子的个数比。2.如权利要求1所述的二维无机盐晶体，其特征在于，所述二维无机盐晶体的元素化学计量比为3.0：1；所述二维无机盐晶体的XRD衍射图谱在(200)处和(400)处出现衍射峰；所述二维无机盐晶体为片状。3.一种如权利要求1或2所述的二维无机盐晶体的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将碳基材料浸泡在无机盐溶液中10～120min，至析出晶体即可；其中，所述无机盐溶液为非饱和溶液，所述无机盐溶液的摩尔浓度≥1mol/L。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳基材料为独立支撑的氧化石墨烯薄膜、部分还原的氧化石墨烯膜、带有滤膜支撑的氧化石墨烯膜或含芳环结构的碳基材料；和/或，所述碳基材料的膜的厚度为0.2微米～100微米，较佳地为25微米。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述独立支撑的氧化石墨烯薄膜采用方法1制备得到，所述的方法1包括以下步骤：将氧化石墨烯溶液滴涂于光滑疏水纸表面，干燥即得独立支撑的氧化石墨烯膜；和/或，所述带有滤膜支撑的氧化石墨烯膜采用方法2制备得到，所述方法2包括以下步骤：将氧化石墨烯溶液抽滤，滤膜干燥即得带有滤膜支撑的氧化石墨烯膜；其中，所述抽滤采用滤膜进行抽滤。6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述部分还原的氧化石墨烯膜的制备方法包括下列步骤：将所述独立支撑的氧化石墨烯膜或所述带有滤膜支撑的氧化石墨烯膜进行水热反应，即可。7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述方法1或所述方法2中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：方海平，吴明红，石国升，陈亮，梁珊珊，杨一舟，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31