一種大產量銻烯量子點的超聲液相剝離製備方法與流程

2024-02-19 18:49:15 1

本發明涉及納米材料技術領域，具體涉及一種大產量銻烯量子點的超聲液相剝離製備方法。

背景技術：

銻是第五主族元素，在室溫下是一種穩定存在的帶有銀色光澤的灰色金屬，屬於六方晶系排布狀態，有一個6次對稱軸或者6次倒轉軸，該軸是晶體的直立結晶軸c軸。另外三個水平結晶軸正端互成120夾角。銻的結構為層狀結構(空間群：r3mno.166)，每層都包含相連的褶皺六元環結構，最近的和次近的銻原子形成變形八面體，層與層之間的成鍵很弱。

鑑於上述銻的結構特徵，層與層之間比較弱的結合力使得銻烯的剝離成為可能。對於銻而言，其本身在現有的工業生產及國民經濟中就有著廣泛的應用，例如與鉛形成鉛銻合金，作為鉛酸電池的電極；作為減磨合金的添加劑等；同時，銻作為矽的摻雜劑也被廣泛應用於半導體工業中。工業生產中所用的銻一般是將銻礦石在高溫下添加碳粉還原得到。而在新興的納米材料領域，探索和發現新的功能器件材料具有強大吸引力。通過納米化的方法製備出銻烯量子點，無論是在能源器件如鋰離子電池，還是在光電器件領域如光限幅器件上都將會有大規模應用。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種大產量銻烯量子點的超聲液相剝離製備方法，利用液相超聲輔助剝離的方法大量製備大小均一、粒徑可調控、高純度的銻烯量子點。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種大產量銻烯量子點的超聲液相剝離製備方法，採用超聲液相輔助剝離技術，將銻粉分散在有機溶劑n-甲基吡咯烷酮(nmp)中進行超聲，通過調控超聲功率和超聲時間，得到不同尺寸的銻烯量子點，具體步驟如下：

將銻粉末加入n-甲基吡咯烷酮中，於180～360w的功率下超聲5～100h，將超聲後的液體進行第一次離心，取出上清液，進行第二次離心，移去上清液，，將沉澱進行冷凍乾燥，即得銻烯量子點。

所述的銻粉末在有機溶劑中的濃度為10mg/ml。

所述的第一次離心的轉速為5000～8000r/min，離心時間為20min。

所述的第二次離心的轉速為10000～12000r/min，離心時間為20min。

所述的冷凍乾燥時間為72h。

本發明採用超聲液相輔助剝離的方法，利用超聲波為溶液體系提供能量，溶劑分子獲得能量後與銻粉末作用，可以有效地打破銻原子層之間較弱的範德華力，從而剝離得到少層銻烯，持續超聲，少層銻烯獲得能量打破原子與原子間的共價鍵，從而剝離得到銻烯量子點。

本發明在室溫下進行，反應溫和，製備工藝簡單、容易控制、重複性好。本發明製備得到的銻烯量子點大小均一、粒徑可調控、純度高。本發明方法通過調控超聲功率和超聲時間，對銻烯量子點的粒徑進行調控，粒徑大小與點效用成負相關，粒徑越小，點效用越強，能夠根據需要進行不同粒徑的銻烯量子點的製備。

附圖說明

圖1為實施例1製備的產物銻烯量子點的tem圖。

圖2為實施例1製備的產物銻烯量子點的粒徑統計分析圖。

圖3為實施例1製備的產物銻烯量子點的拉曼光譜圖。

圖4為實施例1製備的產物銻烯量子點的hrtem圖。

圖5為實施例2製備的產物銻烯量子點的tem圖。

圖6為實施例3製備的產物銻烯量子點的tem圖。

圖7為實施例3製備的產物銻烯量子點的粒徑統計分析圖。

圖8為實施例4製備的產物銻烯量子點的tem圖。

圖9為實施例4製備的產物銻烯量子點的粒徑統計分析圖。

圖10為對比例1製備的產物銻烯量子點的tem圖。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述。

實施例1

向250ml廣口瓶中加入2g銻粉和200ml有機溶劑nmp(n-甲基吡咯烷酮)，然後，將反應容器置於超聲清洗機中，以180w功率累計超聲10h。將超聲後的液體進行離心，第一次以6000r/min的離心轉速離心20min，取出上清液，對上清液以10000r/min轉速離心20min，移去上清液，得到含有少量溶劑的黑色沉澱物，對沉澱物進行冷凍乾燥72h，即得銻烯量子點。

對製備的產物進行表徵分析，如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示。圖1表明按照實施例1的工藝參數，可獲得大量形貌均勻、大小較為均一、尺寸約為2.7nm的銻烯量子點。由透射電子顯微鏡(tem)測試結果(圖1)經過統計分析，得到(圖2)粒徑統計分析圖可知，粒徑尺寸在2.3-3.1nm佔75％。由拉曼光譜(圖3)可以看出：第一，充分說明了所製備的量子點的確是銻烯量子點；第二，說明所製備的量子點沒有發生氧化、比較穩定；第三，sbqds兩個峰的位置相比於原料粉末銻有偏移，說明晶體結構發生了輕微改變。從hrtem測試結果(圖4)可以看出，製備出的銻烯量子點晶格結構完整、清晰，是很好的單晶，並且晶面與xrd最強峰相對應。

實施例2

向250ml廣口瓶中加入2g銻粉和200ml有機溶劑nmp(n-甲基吡咯烷酮)，將反應容器置於超聲清洗機中，以360w功率累計超聲10h。將超聲後的液體進行離心，第一次以6000r/min的離心轉速離心20min，取出上清液，對上清液以10000r/min轉速離心20min，移去上清液，得到含有少量溶劑的黑色沉澱物，對沉澱物進行冷凍乾燥72h，即得銻烯量子點。

對製備的產物進行了表徵分析，如圖5所示。圖5為實施例2製得的大量形貌均勻、大小較為均一的銻烯量子點；由透射電子顯微鏡(tem)測試結果(圖5)經過統計分析工藝參數，可獲得大量形貌均勻、大小均一的銻烯量子點。在180～360w範圍內採用不同的超聲功率，都可以得到形貌均勻，大小均一的銻烯量子點。

實施例3

向250ml廣口瓶中加入2g銻粉和200ml有機溶劑nmp(n-甲基吡咯烷酮)，將反應容器置於超聲清洗機中，以180w功率累計超聲5h。將超聲後的液體進行離心，第一次以6000r/min的離心轉速離心20min，取出上清液，對上清液以10000r/min轉速離心20min，移去上清液，得到含有少量溶劑的黑色沉澱物，對沉澱物進行冷凍乾燥72h，即得銻烯量子點。

對製備的產物進行了表徵分析，如圖6、圖7所示。圖6表明按照實施例3的工藝參數，可獲得大量形貌均勻、大小較為均一、尺寸約為5.3nm的銻烯量子點；由透射電子顯微鏡(tem)測試結果(圖6)經過統計分析，得到(圖7)粒徑統計分析圖可知，粒徑尺寸在4.5-6.1nm佔80％。

實施例4

向250ml廣口瓶中加入2g銻粉和200ml有機溶劑nmp(n-甲基吡咯烷酮)，將反應容器置於超聲清洗機中，以180w功率累計超聲100h。將超聲後的液體進行離心，第一次以6000r/min的離心轉速離心20min，取出上清液，對上清液以10000r/min轉速離心20min，移去上清液，得到含有少量溶劑的黑色沉澱物，對沉澱物進行冷凍乾燥72h，即得銻烯量子點。

對製備的產物進行了表徵分析，如圖8、圖9所示。圖8為實施例4製得的大量形貌均勻、大小較為均一、尺寸約為2.7nm的銻烯量子點。由透射電子顯微鏡(tem)測試結果(圖8)經過統計分析，得到(圖9)粒徑統計分析圖可知，粒徑尺寸在2.3-3.1nm佔80％；可見採用不同的超聲時間，可以有效的對銻烯量子點的尺寸起到調節作用。

對比例1

向250ml廣口瓶中加入2g銻粉和200ml乙醇溶劑，將反應容器置於超聲清洗機中，以180w功率累計超聲10h。將超聲後的液體進行離心，第一次以6000r/min的離心轉速離心20min，取出上清液，對上清液以10000r/min轉速離心20min，移去上清液，得到含有少量溶劑的黑色沉澱物，對沉澱物進行冷凍乾燥72h。

對製備的產物進行了表徵分析，如圖10所示。圖10表明為對比例1中以乙醇作為有機溶劑，並沒有得到銻烯量子點，說明有機溶劑的選擇對於銻烯量子點的製備具有顯著影響，乙醇並不能作為液相溶劑進行銻烯量子點的製備。