一种基于黑磷纳米片的多功能反应平台及其构建方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于黑磷纳米片的多功能反应平台及其构建方法和应用。借鉴贻贝灵感化学，利用多巴胺能在弱碱性条件下发生自聚合的特性，在各种基底表面形成聚多巴胺薄膜涂层。聚多巴胺薄膜涂层表面拥有大量的邻苯二酚，吡啶和吡咯官能团，这使得许多功能性材料能够通过迈克尔加成反应和单电子自由基聚合反应等接枝到经聚多巴胺修饰后的黑磷纳米片表面，从而达到对黑磷纳米片功能性调控的目的，拓宽了基于黑磷材料的应用范围。本发明专利技术适用于4，4，4，4‑四叔丁基氧钛酞菁(tBu

A multifunctional reaction platform based on black phosphorus nano tablets and its construction method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种基于黑磷纳米片的多功能反应平台及其构建方法和应用
本专利技术属于多巴胺自聚成膜成膜修饰黑磷纳米片构建多功能反应平台的
借鉴贻贝灵感化学，利用多巴胺在弱碱性条件下发生自聚合，并紧密粘附在各种基底表面形成聚多巴胺薄膜涂层。由于聚多巴胺薄膜涂层表面拥有大量的邻苯二酚，吡啶和吡咯官能团，这使得许多功能性材料能够通过迈克尔加成反应和单电子自由基聚合反应等接枝到经聚多巴胺修饰后的黑磷纳米片表面，从而达到对黑磷纳米片功能性调控的目的，拓宽了基于黑磷材料的应用范围。
技术介绍
作为后石墨烯时代的又一种层状二维材料，少层黑磷二维材料具有随层数可调节的直接能带间隙，出色的面内各向异性，较高的载流子迁移率及宽带非线性光学响应等特点，使其在光电功能材料等方面有着广泛的应用。但由于黑磷材料并不稳定，在常规大气环境下几个小时内就会发生严重的材料降解。贻贝，是一种自然界常见的双壳贝类软体动物，它能以高结合强度(高黏度)将自身紧密地固定在几乎所有类型的基底表面上，即便所修饰的基底表面非常潮湿。根据这一特性，科学家们开发出了一种新型的材料表面成膜修饰方法-贻贝灵感化学(MusselInspiredChemistry)。贻贝灵感化学是一种简单有效且绿色温和的反应方法，能用于不同材料和基底的表面改性，且不论基底的大小，形状和组成[。因此可以通过贻贝化学法，在黑磷薄膜表面自聚生长了一层均匀的聚多巴胺生物薄膜，对二维黑磷材料实现了表面成膜功能化修饰，从而构建了一个可实现多功能用途的生物反应平台。这种技术首先了利用多巴胺自聚过程中对所黏附基底的还原特性和反应过程中的耗氧行为[，使得反应过程中容易与氧气作用而发生降解的二维黑磷材料处于一个低氧浓度的反应环境；当自聚反应完成之后在黑磷表面形成的致密聚多巴胺薄膜能够实现对二维黑磷材料的有效保护，如同对黑磷材料进行了一次“生物封装”，为提高二维黑磷材料的空气稳定性提供了新的策略；其次，不同于其他修饰方法会对二维黑磷材料的晶格结构产生一定程度的破坏，这种修饰方法反应条件简单、温和，不会对二维黑磷材料的晶格结构产生破坏作用；最后，该修饰方法能够最大限度地保留少层黑磷二维材料的本征特性，又能通过聚多巴胺表面可实现的各类反应，对该反应平台性能实现有效地调控，使得其在如防腐蚀，抗菌，光热治疗等研究领域有更大的应用前景。
技术实现思路
基于贻贝灵感化学简单有效且绿色温的特点，利用聚多巴胺成膜修饰黑磷纳米片有两个目的。本专利技术其中的第一个目的在于提供一种基于黑磷纳米片的多功能反应平台及其构建方法。本专利技术其中的再一个第二个目的在于提供一种提高黑磷材料的空气稳定性的新策略。本专利技术第三个目的是基于黑磷纳米片的多功能反应平台的应用，即，许多功能性材料能够接枝到经聚多巴胺修饰后的黑磷纳米片表面，从而对黑磷纳米片功能性调控。本专利技术的技术方案是：一种基于黑磷纳米片的多功能反应平台，即聚多巴胺表面成膜修饰黑磷纳米片构建多功能反应平台，其结构式如下式PDA-cappedBP所示：通过利用多巴胺在弱碱性(PH＝8.5)条件下自聚成膜修饰黑磷纳米片，引入邻苯二酚，吡啶和吡咯官能团，便于各种功能材料的进一步修饰；和通过多巴胺在弱碱性(PH＝8.5)条件下自聚在黑磷纳米片表面形成致密的聚多巴胺薄膜，如同对黑磷纳米片进行了一次“生物封装”，提高了黑磷纳米片的空气稳定性。本专利技术提供的一种所述基于黑磷纳米片的多功能反应平台的构建方法，包括如下步骤：一、少层二维黑磷分散液及固体黑磷薄膜的制备：在充满氩气氛围的手套箱中称取黑磷晶体，研磨；研磨后所得的黑磷粉末用经氩气鼓泡后的NMP溶剂覆盖，转移至Schlenk瓶中取出手套箱；反应体系在水浴超声机中不间断超声，过程中温度控制在5℃以下；将所得的分散体系离心，然后提取含有剥离黑磷纳米片的上层棕黄色分散液；将含有高浓度少层二维黑磷纳米片的分散液滴加到真空过滤膜上，减压抽除溶剂后在滤膜上形成一层黑磷纳米片薄膜；将上述真空滤膜倒扣在拥有一定粘度的ITO/PET柔性基底表面，通过压片机向真空滤膜和ITO/PET柔性基底结合部分施加压力；压片完成后将ITO/PET柔性基底撕开，通过固相转移法能在PET柔性基底表面形成一层致密均匀的二维黑磷薄膜；二、基于黑磷纳米片的多功能反应平台的构建，包括如下步骤：1)Tris-HCl缓冲液的配置；2)将盐酸多巴胺固体粉末，超声溶解于Tris-HCl缓冲液(10mM，pH＝8.5)中，超声至溶液微微泛黄；3)将上述载有黑磷薄膜的PET基底，浸泡在装有Tris-HCl缓冲液的烧杯中；采用摇床进行搅拌的过程中，将溶解有多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液缓慢滴加至烧杯中；上述反应体系在室温大气环境下剧烈搅拌反应；4)表面成膜修饰反应完成后，用大量去离子水和乙醇冲洗PET基底表面，以除去未成膜的聚多巴胺颗粒以及残余的三羟甲基氨基甲烷；所得多功能反应平台在真空烘箱中干燥。本专利技术提供的一种基于黑磷纳米片的多功能反应平台的构建方法，具体包括如下步骤：1.少层二维黑磷分散液及固体黑磷薄膜的制备，包括如下步骤：在充满氩气氛围的手套箱中称取100mg黑磷晶体，在玛瑙研钵中人工研磨30min。研磨后所得的黑磷粉末用经氩气鼓泡30min后的100mLNMP溶剂覆盖，用胶头滴管转移至Schlenk瓶中取出手套箱。反应体系在功率为300W的水浴超声机中不间断超声6h，过程中频繁更换冰袋将水浴温度控制在5℃以下。将所得的分散体系在2000rpm转速下离心120min，然后小心地提取含有剥离黑磷纳米片的上层棕黄色分散液。将含有高浓度少层二维黑磷纳米片的分散液滴加到真空过滤膜(孔径200nm)上，减压抽除溶剂后在滤膜上形成一层黑磷纳米片薄膜。将上述真空滤膜倒扣在拥有一定粘度的ITO/PET柔性基底表面，通过压片机向真空滤膜和ITO/PET柔性基底结合部分施加10MPa的压力，持续15分钟。压片完成后将ITO/PET柔性基底撕开，通过固相转移法能在PET柔性基底表面形成一层致密均匀的二维黑磷薄膜。所得薄膜在真空干燥箱中60℃干燥除去残余有机溶剂。2.一种基于黑磷纳米片的多功能反应平台的构建，包括如下步骤：1)Tris-HCl缓冲液的配置称取1.21g三羟甲基氨基甲烷溶于800mL去离子水中，滴加盐酸直到溶液PH＝8.5。2)称取200mg盐酸多巴胺固体粉末，超声溶解在120mL的Tris-HCl缓冲液(10mM，pH＝8.5)中，超声至溶液微微泛黄。3)将上述载有黑磷薄膜的PET基底剪成1cm×1cm尺寸，浸泡在装有100mLTris-HCl缓冲液的烧杯中(容积为500mL)。为了避免反应过程中搅拌子对黑磷薄膜的刮伤，采用摇床作用来代替搅拌器的剧烈搅拌。摇床在以400rpm的速度进行搅拌的过程中，将溶解有多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液缓慢滴加至烧杯中(30min内滴完)。上述反应体系在室温大气环境下剧烈搅拌反应12h。4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于黑磷纳米片的多功能反应平台，其特征在于：结构式如下式PDA-cappedBP所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于黑磷纳米片的多功能反应平台，其特征在于：结构式如下式PDA-cappedBP所示：





2.一种权利要求1所述一种基于黑磷纳米片的多功能反应平台的构建方法，其特征在于：包括如下步骤：
一、少层二维黑磷分散液及固体黑磷薄膜的制备：
在充满氩气氛围的手套箱中称取黑磷晶体，研磨；研磨后所得的黑磷粉末用经氩气鼓泡后的NMP溶剂覆盖，转移至Schlenk瓶中取出手套箱；反应体系在水浴超声机中不间断超声，过程中温度控制在5℃以下；将所得的分散体系离心，然后提取含有剥离黑磷纳米片的上层棕黄色分散液；
将含有高浓度少层二维黑磷纳米片的分散液滴加到真空过滤膜上，减压抽除溶剂后在滤膜上形成一层黑磷纳米片薄膜；将上述真空滤膜倒扣在拥有一定粘度的ITO/PET柔性基底表面，通过压片机向真空滤膜和ITO/PET柔性基底结合部分施加压力；压片完成后将ITO/PET柔性基底撕开，通过固相转移法能在PET柔性基底表面形成一层致密均匀的二维黑磷薄膜；
二、基于黑磷纳米片的多功能反应平台的构建，包括如下步骤：
1)Tris-HCl缓冲液的配置；
2)将盐酸多巴胺固体粉末，超声溶解于Tris-HCl缓冲液中，超声至溶液微微泛黄；
3)将上述载有黑磷薄膜的PET基底，浸泡在装有Tris-HCl缓冲液的烧杯中；采用摇床进行搅拌的过程中，将溶解有多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液缓慢滴加至烧杯中；上述反应体系在室温大气环境下剧烈搅拌反应；
4)表面成膜修饰反应完成后，用大量去离子水和乙醇冲洗PET基底表面，以除去未成膜的聚多巴胺颗粒以及残余的三羟甲基氨基甲烷；所得多功能反应平台在真空烘箱中干燥。


3.一种权利要求2所述一种基于黑磷纳米片的多功能反应平台的构建方法，其特征在于：包括如下步骤：
一、少层二维黑磷分散液及固体黑磷薄膜的制备，包括如下步骤：
在充满氩气氛围的手套箱中称取100mg黑磷晶体，在玛瑙研钵中人工研磨30min；研磨后所得的黑磷粉末用经氩气鼓泡30min后的100mLNMP溶剂覆盖，用胶头滴管转移至Schlenk瓶中取出手套箱；反应体系在功率为300W的水浴超声机中不间断超声6h，过程中频繁更换冰袋将水浴温度控制在5℃以下；将所得的分散体系在2000rpm转速下离心120min，然后小心地提取含有剥离黑磷纳米片的上层棕黄色分散液，将该分散液在8000-10000rpm下离心120min收集下层黑磷纳米片沉淀。
将含有高浓度少层二维黑磷纳米片的分散液滴加到真空过滤膜(孔径200nm)上，减压抽除溶剂后在滤膜上形成一层黑磷纳米片薄膜；将上述真空滤膜倒扣在ITO/PET柔性基底表面，通过压片机向真空滤膜和ITO/PET柔性基底结合部分施加10MPa的压力，持续15min；压片完成后将ITO/PET柔性基底撕开，使其在PET柔性基底表面形成一层致密均匀的二维黑磷薄膜；
二、基于黑磷纳米片的多功能反应平台的构建，包括如下步骤：
1)Tris-HCl缓冲液的配置称取1.21g三羟甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，曹亚明，颜青，樊菲，陈彧，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31