羟基化硼烯材料的制备方法及应用技术

本申请提供了一种羟基化硼烯材料的制备方法，包括：配置金属氯盐水溶液，包括8

【技术实现步骤摘要】
羟基化硼烯材料的制备方法及应用


[0001]本申请涉及二维硼烯材料
，具体涉及一种羟基化硼烯材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]二维材料凭借其优异的理化性能，在催化、储能、电子信息等领域应用前景巨大。而硼烯作为二维材料家族的新成员，因具有多样化的结构、超高的导电性、可调的带隙、良好的热稳定性等特点而备受关注。
[0003]目前，硼烯的制备主要包括气相沉积法、液相剥离法，但是，气相沉积法所用设备昂贵、制备条件苛刻，且制得的产物较难从金属基底剥落、产量较低、不利于大规模化制备等；液相剥离法虽被用于硼烯制备，但由于硼的特殊结构使其不同于现有的二维材料，这使得通过液相剥离法制得硼烯材料的剥离效率较低(一般不超过5％)、较难控制硼烯材料的尺寸均一性。且，以上两类方法制备的硼烯材料表面通常不具有功能化基团，难以拓展其多样化应用。因此，有必要提供一种产率高、可规模化便捷制备功能化硼烯的方法，并丰富其应用形式。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请提供了一种表面功能化硼烯的制备方法及应用。通过层状金属硼化物与特定金属氯盐的反应，低成本、便捷地制备了硼烯材料，该制备方法适合批量化制备硼烯，且硼烯的产率高，所得硼烯表面富含羟基官能团，可直接进行相关应用。特别地，本申请提供了羟基化硼烯用于修饰锌电池隔膜的新应用，可解决锌离子电池枝晶较难抑制的问题。
[0005]第一方面，本申请提供了一种羟基化硼烯材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将层状金属硼化物加入到水中，经超声分散，得到硼源分散液；
[0007]配置金属氯盐水溶液，其中，所述金属氯盐水溶液包括浓度为8
‑
10mol/L的氯化锌水溶液，或浓度为2
‑
5mol/L的氯化镁水溶液，或浓度为2
‑
5mol/L的氯化铁水溶液；
[0008](2)在室温下，将所述硼源分散液滴加到所述金属氯盐水溶液中，持续搅拌至体系颜色不再发生变化，得到反应物料；
[0009](3)将所得反应物料进行离心，收集固形物，对所述固形物依次进行多次盐酸洗涤、多次水洗，所得固体材料，即为羟基化硼烯材料。
[0010]本申请提供的上述制备方法中，以层状金属硼化物作硼源，将其超声分散液与特定浓度的氯化锌(ZnCl2)水溶液、氯化镁(MgCl2)水溶液或氯化铁(FeCl3)水溶液进行搅拌反应，可借助氯盐水解产生的配合酸来刻蚀层状金属硼化物的层间金属元素以制备硼烯；此外，ZnCl2、FeCl3中的金属离子可与层状金属硼化物的层间金属层发生氧化还原反应，可与上述配合酸的刻蚀作用协同实现层间金属元素的移除，剩下B层，以制得硼烯。此时得到的硼烯处于缺电子状态，之后用盐酸酸洗可提供氢离子，易于形成氢化硼烯或表面部分羟基
化硼烯，再经水洗，可使氢化硼烯与水进一步反应，最终得到表面羟基化的硼烯产品。
[0011]上述制备方法所用试剂低廉，无需复杂的反应设备，操作简单，条件较温和，且能有效实现层状金属硼化物的层间金属元素的移除，硼烯中的金属杂质少，且几乎在实现硼烯制备的同时，也实现了其表面官能团的调控，得到的羟基化硼烯在水或有机溶剂中的分散性较好，具有良好的保存稳定性，克服了现有硼烯材料稳定性不佳、保存困难的问题。其中，与液相剥离法制得的表面无羟基的硼烯产品相比，其在水溶液中的稳定分散时间可大大提高。
[0012]本申请实施方式中，步骤(1)中，所述层状金属硼化物包括但不限于是二硼化镁(MgB2)、二硼化铝(AlB2)、二硼化钒(VB2)、二硼化锆(ZrB2)、二硼化钛(TiB2)等中的一种或多种。也有一些现有技术采用二硼化镁等层状金属硼化物作硼源，通过加入离子交换树脂或螯合剂来去除层间金属离子以制备硼烯纳米片，通过该类方法制得的硼烯虽然是独立的材料，产率也有所提升，但制备过程较复杂、成本较高，且层间金属离子的去除效果不佳，金属杂质较多。而本申请采用特定浓度的金属氯盐可有效去除这些二维层状物质的层间金属离子以制备硼烯。在一些实施方式中，所述层状金属硼化物为二硼化镁或二硼化铝。
[0013]步骤(1)中，所述超声分散是在功率为400
‑
700W下进行。较高的超声功率利于层状金属硼化物充分分散并发生适当的初剥离，便于后续与金属氯盐进行充分反应。在一些实施方式中，所述超声分散是在功率为500
‑
600W下进行。其中，超声分散的进行时间可根据层状金属硼化物的加入量进行调整。在一些实施方式中，超声分散的进行时间可以是5
‑
10分钟。所述硼源分散液中，层状金属硼化物与水的质量比为(40
‑
60)mg/mL，例如为45、50、55或60mg/mL等。
[0014]步骤(1)中，在配置金属氯盐水溶液时，可将固态的金属氯盐与水在搅拌条件下混合。其中，所述搅拌的速度可以是500
‑
800转/分钟，搅拌时间可以是10
‑
30分钟。搅拌可利于金属氯盐在水中充分溶解，同时将溶解产生的热量尽快释放。其中，氯化锌、氯化镁、氯化铁的水溶液为强酸弱碱盐，将它们的浓度控制在上述范围，可保证它们能充分溶解的同时，还能够保证它们的水溶液具有足够的酸度，以便将层状金属硼化物的层间金属离子刻蚀掉。
[0015]为保证层状金属硼化物可被金属氯盐充分刻蚀，步骤(2)中，控制所述硼源分散液中层状金属硼化物的质量与氯化镁或氯化铁的摩尔比20：(2
‑
5)g/mol；所述硼源分散液中层状金属硼化物的质量与氯化锌的摩尔比20：(8
‑
10)g/mol。在一些实施方式中，所述硼源分散液与所述金属氯盐水溶液的体积比为2：5。
[0016]其中，所述持续搅拌的时间可以根据加入硼源分散液和金属氯盐水溶液后的体系颜色变化情况来定。一般地，当体系溶液的颜色从黑色变为稳定的棕色时，代表层状金属硼化物中的层间金属离子被基本脱出。本申请一些实施方式中，所述持续搅拌的时间为12
‑
24小时，例如为15
‑
20小时。其中，持续搅拌的速度可以是550、600、650、700、750或800转/分钟。
[0017]步骤(3)中，所述离心可以在转速为10000
‑
15000r/min下进行15
‑
40分钟。盐酸与上述氯盐同含氯离子，采用盐酸对步骤(2)中反应物料中的固形物进行洗涤，不会引入额外的阴离子杂质。在一些实施方式中，酸洗涤所用酸为浓度为1mol/L的盐酸。
[0018]步骤(3)中，“对所述固形物依次进行多次盐酸洗涤、多次水洗”，具体包括：a)向所述固形物中加入盐酸洗涤液，摇晃以洗涤，再高速离心，收集固体；重复洗涤
‑
离心操作多
次，得到第一固体；b)向所述第一固体中加入水，摇晃以洗涤，再高速离心，收集固体；重复洗涤
‑
离心操作多次，直至离心后水洗液的pH为中性，收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种羟基化硼烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将层状金属硼化物加入到水中，经超声分散，得到硼源分散液；配置金属氯盐水溶液，其中，所述金属氯盐水溶液包括浓度为8
‑
10mol/L的氯化锌水溶液，或浓度为2
‑
5mol/L的氯化镁水溶液，或浓度为2
‑
5mol/L的氯化铁水溶液；(2)在室温下，将所述硼源分散液滴加到所述金属氯盐水溶液中，持续搅拌至体系颜色不再发生变化，得到反应物料；(3)将所得反应物料进行离心，收集固形物，对所述固形物依次进行多次盐酸洗涤、多次水洗，所得固体材料即为羟基化硼烯材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述层状金属硼化物包括二硼化镁、二硼化铝、二硼化钒、二硼化锆、二硼化钛中的一种或多种。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超声分散是在功率为400
‑
700W下进行。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硼源分散液中层状金属硼化物的质量与氯化镁或氯化铁的摩尔比20：(2
‑
5)g/mol；所述硼源分散液中层状金属硼化物的质量与氯化锌的摩尔比20：(8
‑
10)g/mol。5.一种锌电池用改性隔膜，其特征在于，所述改性隔膜包括隔膜基材，所述隔膜基材朝向所述锌电池的负极的一侧设有修饰层，所述修饰层包括羟基化硼烯材料。6.如权利要求5所述的改性隔膜，其特征在于，所述改性隔膜中，所述羟基化硼烯材料的负载量为0.5
‑
1.5m...

【专利技术属性】
技术研发人员：张培新，雍波，马定涛，孙世昌，王艳宜，米宏伟，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：