一種具有高轉化率的黑磷製備方法
2023-07-31 07:33:31
一種具有高轉化率的黑磷製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有高轉化率的黑磷製備方法，包括如下步驟：將紅磷、錫和四碘化錫按質量比為1～6:40～50:1～2的比例混合，裝入石英管中，抽真空至石英管內壓強小於0.05pa，封管，加熱使石英管中原料端溫度為100℃～400℃，再在1～2小時內升溫至400℃～700℃，保溫5～10小時，然後在6～8小時內降溫至200℃～500℃,保溫1至3天，最後在10～15小時內降溫至室溫，得到黑磷。本發明的方法步驟簡單，操作性強，一方面採用無毒的原料，清潔環保，另一方面只需溫和的反應條件，降低了能耗和成本，且所製備出的黑磷結晶性好，轉化率高，本發明可重複性強，利於產業推廣應用。
【專利說明】一種具有高轉化率的黑磷製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種黑磷的製備方法，具體涉及一種具有高轉化率的黑磷的製備方法，屬於化學材料的合成領域。
技術背景
[0002]新材料的研製與應用是本世紀科學發展的主要方向之一。2004年，石墨烯的成功製備在科學界激發了巨大的波瀾，它由於具有高導電性，高韌度和極大的比表面積，被認為有望替代傳統的半導體矽，在電子科技領域引發新一輪的研究熱潮。然而，由於石墨烯沒有能帶，所以不能實現邏輯電路的開與關，這極大限制了它在電子器件和光電器件領域的應用，如場效應電晶體，光電探測器，太陽能電池等。近年來，尋找新型二維半導體材料已成為材料科學的新方向之一。
[0003]黑磷作為磷的常見四種同素異形體(即:紅磷，白磷，紫磷，黑磷)中密度最大(2.69g/cm3)，最穩定的一種，具有金屬光澤，導電性好。它具有類似石墨的層狀結構，層與層之間靠範德華力結合。然而，它結構中區別於石墨的最大特點在於，其同一層內的磷原子不在同一平面內，沿著b軸呈褶皺的層狀排列，且層間距比石墨大(約5埃)。此外，它是直接帶隙半導體，具有良好的電子遷移率和光學特性，以及比石墨更高的理論電池容量2596mAh/g,這些優點都使得它在電子及光電器件領域具有極大的應用前景。
[0004]傳統的製備黑磷方法是在高壓(12000atm)、高溫(1000°C)下加熱紅磷，或者在常壓下用汞做催化劑進行製備。然而，由於上述的合成黑磷的方法往往具有高毒性，產率低，需要超高壓、高溫等不足，因此迫切需要改進黑磷的製備工藝。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種製備條件溫和、能耗及成本低且轉化率高的黑磷的製備方法。
[0006]本發明的具有高轉化率的黑磷的製備方法，包括如下步驟:
將紅磷、錫和四碘化錫按質量比為I?6:40?50:1?2的比例混合，裝入石英管中，抽真空至石英管內壓強小於0.05pa，封管，加熱使石英管中原料端溫度為100°C?400°C，再在I?2小時內升溫至400°C?700°C，保溫5?10小時，然後在6?8小時內降溫至200°C?500°C，保溫I至3天後，在10?15小時內降溫至室溫，得到黑磷。
[0007]上述技術方案中所採用的紅磷可以為粉末或者顆粒，所採用的錫可以為片狀或顆粒，所採用的四碘化錫可以為顆粒或者粉末。
[0008]本發明的有益效果在於:本發明的製備方法無需用到高溫高壓等苛刻的製備條件即可獲得黑磷，可極大的降低能耗和成本；本發明所製備的黑磷結晶性良好，所得黑磷質量與初始原料中紅磷的質量之比可高達97%，即具有極高的轉化率，此外本發明方法步驟簡單、可重複性強，利於產業推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為實施例1製得的黑磷的XRD圖。
[0010]圖2為實施例1製得的黑磷的SEM圖。
【具體實施方式】
[0011]以下結合附圖及具體實施例對本發明作進一步說明。
[0012]實施例1
將紅磷、錫和四碘化錫按質量比為3:40:1的比例混合，裝入石英管中，抽真空至石英管內壓強小於0.05pa，封管，加熱使石英管中原料端溫度為200°C，再用I小時升溫至600 V，保溫6小時，然後用6小時降溫至300 V，保溫2天後，用10小時降至室溫，取出產物。
[0013]所得產物為黑色塊體，圖1為其XRD圖，其SEM如圖2所示，可以看出所得產物為黑磷。且經測量，所得黑磷質量約為原料中紅磷質量的97%。
[0014]實施例2
將紅磷、錫和四碘化錫按質量比為3: 25:1的比例混合，裝入石英管中，抽真空至石英管內壓強小於0.05pa，封管，加熱使石英管中原料端溫度為400°C，再用2小時升溫至700°C，保溫10小時，然後用8小時降溫至500°C，保溫3天後，用15小時降至室溫，在石英管中得到黑磷。
[0015]實施例3
將紅磷、錫和四碘化錫按質量比為1:40:1的比例混合，裝入石英管中，抽真空至石英管內壓強小於0.05pa，封管，加熱使石英管中原料端溫度為100°C，再用I小時升溫至400°C，保溫5小時，然後用6小時降溫至200°C，保溫I天后，用10小時降至室溫，在石英管中得到黑磷。
【權利要求】
1.一種具有高轉化率的黑磷製備方法，其特徵在於包括如下步驟:將紅磷、錫和四碘化錫按質量比為I?6:40?50:1?2的比例混合，裝入石英管中，抽真空至石英管內壓強小於0.05pa，封管，加熱使石英管中原料端溫度為100°C?400°C，再在I?2小時內升溫至400°C?700°C，保溫5?10小時，然後在6?8小時內降溫至200°C?500°C，保溫I至3天，最後在10?15小時內降溫至室溫，得到黑磷。
【文檔編號】C01B25/02GK104310326SQ201410589788
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】王業伍, 趙明, 錢皓磊, 牛欣玥, 沙健 申請人:浙江大學