一種水自升壓力下制備黑磷的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水自升壓力下制備黑磷的方法。將紅磷球磨粉碎，球磨后封裝入銀管中，將銀管置于填滿水的高溫高壓水熱釜中，升溫至600℃，壓力自升至高于300MPa，反應(yīng)1小時(shí)，淬壓，然后停止加熱，自然冷卻至室溫，得到黑磷。在本發(fā)明體系中，淬壓是將紅磷轉(zhuǎn)化為黑磷的必要條件，不經(jīng)淬壓直接降溫?zé)o法得到黑磷而只能得到晶化紅磷；原料紅磷球磨的目的是提高紅磷反應(yīng)活性，從而提高黑磷產(chǎn)率；控制壓力高于300MPa(一般為350MPa)目的是提高黑磷產(chǎn)率。此種方法合成工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)高壓合成方法，反應(yīng)過(guò)程無(wú)污染，成本低，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種水自升壓力下制備黑磷的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種水自升壓力下制備黑磷的方法，具體涉及一種在水體系下，通過(guò)升溫使水自升壓力的條件下將紅磷轉(zhuǎn)化為黑磷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]黒磷作為一種作為磷的一種同素異形體，在近幾年來(lái)受到廣泛的關(guān)注。對(duì)黑磷的關(guān)注，緣于對(duì)石墨烯的研究開(kāi)發(fā)。2004年，石墨烯被首次發(fā)現(xiàn)。2010年，石墨烯獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。至此，人們對(duì)二維材料在的研究興趣日益濃厚。受到石墨烯的啟發(fā)，黑磷烯同樣是一種可以在自然界中穩(wěn)定存在的二維單原子材料。石墨烯來(lái)源于石墨，一種層狀的碳的同素異形體，通過(guò)打開(kāi)石墨層之間的范德華力而獲取石墨烯，而作為磷的一種同素異形體，黑磷具備與石墨類似的層狀結(jié)構(gòu)，這種層狀結(jié)構(gòu)是制備黑磷稀的基礎(chǔ)。
[0003]與此同時(shí)，黑磷烯比石墨烯有多更為優(yōu)異的性質(zhì)，在把黑磷做成納米厚度的二維晶體后，發(fā)現(xiàn)其具有良好的半導(dǎo)體性質(zhì)。其電子迀移率可以達(dá)到lOOOcmVVs，同時(shí)具有非常高的漏電流調(diào)制率，這種性質(zhì)是石墨烯的10000倍，和硅很相似，使黑磷烯在未來(lái)代替硅成為可能。
[0004]作為磷的同素異形體，在傳統(tǒng)合成方法中，制備黑磷需要條件相對(duì)苛刻，需要高壓裝置中，以12000大氣壓以上的高壓和200攝氏度的高溫來(lái)進(jìn)行合成?，F(xiàn)階段，制約黑磷烯應(yīng)用的主要問(wèn)題就是黑磷的制備。因此通過(guò)一種簡(jiǎn)單，高效的方法制備黑磷就顯得尤為重要。
[0005]目前，通過(guò)合成制備的黑磷的方法主要包括Sn，Au等金屬元素作為催化劑的固相合成法，以及傳統(tǒng)高壓合成法等。其中專利CN104310326A、專利CN104630879A都是通過(guò)使用砸化物作為催化劑的催化固相合成方法，但是該方法反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，操作復(fù)雜，雜質(zhì)難以去除。專利CN104787736A，在6000-8000大氣壓的高壓條件下制備黑磷，之后通過(guò)超聲波等方法處理樣品得到黑磷。但是該方法反應(yīng)條件比較苛刻，壓力溫度均較高，對(duì)設(shè)備要求高，無(wú)法量產(chǎn)。
[0006]上述合成方法均存在著反應(yīng)條件茍、反應(yīng)步驟復(fù)雜，反應(yīng)成本較高，難以進(jìn)行大批量工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是提供一種水自升壓力下制備黑磷的方法。此種方法合成工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)高壓合成方法，反應(yīng)過(guò)程無(wú)污染，成本低，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種水自升壓力下制備黑磷的方法，其步驟為:將紅磷球磨粉碎，球磨后封裝入銀管中，將銀管置于填滿水的高溫高壓水熱釜中，升溫至600°C，壓力自升至高于300MPa，反應(yīng)I小時(shí)，淬壓，然后停止加熱，自然冷卻至室溫，得到黑磷。
[0009]本發(fā)明中將紅磷球磨粉碎，目的是提高紅磷的反應(yīng)活性，從而提高黑磷的產(chǎn)率。
[0010]本發(fā)明反應(yīng)所需壓力完全由水的自升壓壓力來(lái)提供，無(wú)需額外增加高壓裝置來(lái)提供。
[0011]本發(fā)明所得到的產(chǎn)品進(jìn)過(guò)X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和拉曼光譜測(cè)試。結(jié)果表明:所制得的產(chǎn)物為具有層狀結(jié)構(gòu)結(jié)晶度較好的黑磷。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:本發(fā)明所采用的原料廉價(jià)易得、合成工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)周期短、壓力小、溫度低、能耗小、對(duì)環(huán)境友善、對(duì)設(shè)備要求遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法，可應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1實(shí)施例1制備得到的黑磷的XRD譜圖
[0014]圖2實(shí)施例1制備得到的黑磷的拉曼譜圖
[0015]圖3實(shí)施例1制備得到的黑磷的掃描電鏡照片
【具體實(shí)施方式】
[0016]通過(guò)下列實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]將紅磷球磨粉碎后，封入銀管中，放入填滿水的高溫高壓水熱反應(yīng)釜中，在600°C，壓力自升至350MPa(300MPa以上)，反應(yīng)I小時(shí)，淬壓，然后停止加熱，自然冷卻至室溫，得到黑磷。
[0019]比較例1:
[0020]將原料紅磷未經(jīng)處理封入銀管中，放入填滿水的高溫高壓水熱反應(yīng)釜中，在600°C，壓力自升至350MPa(300MPa以上)，反應(yīng)I小時(shí)后，淬壓，然后停止加熱，冷卻到室溫。得到黑磷與無(wú)定型紅磷的混相。
[0021]比較例2:
[0022]將原料紅磷封入銀管，放入填滿水的高溫高壓水熱反應(yīng)釜中，在600°C，壓力自升至350MPa(300MPa以上)，反應(yīng)I小時(shí)后，不經(jīng)過(guò)淬壓，直接停止加熱，自然冷卻降壓至室溫，得到晶態(tài)紅磷。
[0023]比較例3:
[0024]將紅磷球磨粉碎后，封入銀管中，放入填滿水的高溫高壓水熱反應(yīng)釜中，在600°C，控制壓力在低于250MPa，反應(yīng)I小時(shí)后，淬壓，然后停止加熱，冷卻到室溫。得到黑磷與無(wú)定型紅磷的混相。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水自升壓力下制備黑磷的方法，將紅磷球磨粉碎，球磨后封裝入銀管中，將銀管置于填滿水的高溫高壓水熱釜中，升溫至600°C，壓力自升至高于300MPa，反應(yīng)I小時(shí)，淬壓，然后停止加熱，自然冷卻至室溫，得到黑磷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水自升壓力下制備黑磷的方法，其特征在于，淬壓，目的是將紅磷轉(zhuǎn)化為黑磷。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水自升壓力下制備黑磷的方法，其特征在于，球磨紅磷，目的是提高紅磷反應(yīng)活性，從而提高黑磷產(chǎn)率。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水自升壓力下制備黑磷的方法，其特征在于，反應(yīng)壓力高于300MPa時(shí)，目的是提高黑磷產(chǎn)率。
【文檔編號(hào)】C01B25/02GK105948004SQ201610297758
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】王曉峰, 孫秋實(shí)
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)