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一种等离子体技术制备零维结构黑磷纳米功能材料的方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-09-08 12:04:46
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-09-14 14:44:42
本发明涉及一种等离子体技术制备零维结构黑磷纳米功能材料的方法，其包括以下步骤：S1)配制二维黑磷纳米片溶液；S2)采用大气压等离子体在常温下处理二维黑磷纳米片的有机溶液，获得具有黑磷零维纳米材料的溶液；S3)从步骤S2)获得的具有黑磷零维纳米材料的溶液中分离得到黑磷零维纳米材料；在步骤S2)中，大气压等离子体的处理时间为10～40分钟；在步骤S1)中，二维黑磷纳米片溶液中二维黑磷纳米片的浓度为10μg/mL～1mg/mL，有机溶液为有机溶剂与水的混合物。本发明方法在常温下短时间内即可制备出黑磷零维纳米材料并首次提出了等离子体氧化剪切制备零维结构纳米材料的理念。
一种黑磷零维纳米材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1)配制二维黑磷纳米片溶液；
S2)采用大气压等离子体在常温下处理二维黑磷纳米片的有机溶液，获得具有黑磷零维纳米材料的溶液；
S3)从步骤S2)获得的具有黑磷零维纳米材料的溶液中分离得到黑磷零维纳米材料；
在步骤S2)中，大气压等离子体的处理时间为10分钟～40分钟；
在步骤S1)中，二维黑磷纳米片溶液中二维黑磷纳米片的浓度为10μg/mL～1mg/mL，有机溶液为有机溶剂与水的混合物。
黑磷量子点是一种零维结构的黑磷纳米材料，由于量子限定效应和边缘效应，黑磷量子点有望具有比黑磷体材料更为优异的光电性能。目前制备黑磷量子点的方法有液体剥离法、溶剂热合成法、电化学剥离法、脉冲激光照射法等。通常采用黑磷晶体或块体作为起始原料，如中国发明专利CN107442144B一种带隙可调的黑磷量子点光催化剂以及其制备方法和应用，即以黑磷晶体粉末为前驱体，以N-甲基吡咯烷酮和油酸的混合溶液为反应溶剂，在温度为150-200℃、保温时间为6-24小时的加热条件下制备得到。又如中国发明专利CN110229667B一种黑磷量子点、二氧化钛黑磷量子点复合材料及其制备方法和应用，是将黑磷块加入到氮气饱和水溶液中，冰水浴下，超声处理2-6小时，得到黑色磷酸盐纳米片分散液，加入到180-200℃的反应釜中，水热反应6-12小时，得到含有黑磷量子点的水溶液。现有方法可以很好的制备出零维结构的黑磷量子点材料，但需要较高的反应热量和较长的反应时间。因此，如何进一步简化制备过程，提升制备效率，降低能源消耗、缩短反应时间成为制备零维结构黑磷纳米材料的一个技术突破方向。
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进一步地，在步骤S3)中，分离的方法为离心或过滤。
更进一步地，离心采用的转速为5000-25000转，离心后取上清液。
本发明另一个方面提供了一种黑磷零维纳米材料，所述的黑磷零维纳米材料通过上述制备方法制备获得。
进一步地，所述黑磷零维纳米材料为黑磷量子点或黑磷团簇。
进一步地，所述黑磷零维纳米材料的尺寸为0.1-5nm。
有益效果
与现有技术相比，本发明在常温下短时间内即可制备出黑磷零维纳米材料并首次提出等离子体氧化剪切制备零维结构纳米材料的理念。
技术合作
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。与现有技术中采用大气压等离子体通过化学反应将初始原料还原制备出碳量子点不同，本发明采用与制备得到的黑磷零维纳米材料相同成分的二维黑磷纳米片作为原料，利用大气压等离子体的氧化剪切将二维黑磷纳米片在溶液中进一步分散为黑磷零维纳米材料。制备方法环保、迅速且效率高。
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