一种具有高转化率的黑磷制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有高转化率的黑磷制备方法，包括如下步骤：将红磷、锡和四碘化锡按质量比为1～6:40～50:1～2的比例混合，装入石英管中，抽真空至石英管内压强小于0.05pa，封管，加热使石英管中原料端温度为100℃～400℃，再在1～2小时内升温至400℃～700℃，保温5～10小时，然后在6～8小时内降温至200℃～500℃,保温1至3天，最后在10～15小时内降温至室温，得到黑磷。本发明的方法步骤简单，操作性强，一方面采用无毒的原料，清洁环保，另一方面只需温和的反应条件，降低了能耗和成本，且所制备出的黑磷结晶性好，转化率高，本发明可重复性强，利于产业推广应用。
【专利说明】一种具有高转化率的黑磷制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种黑磷的制备方法，具体涉及一种具有高转化率的黑磷的制备方法，属于化学材料的合成领域。
技术背景
[0002]新材料的研制与应用是本世纪科学发展的主要方向之一。2004年，石墨烯的成功制备在科学界激发了巨大的波澜，它由于具有高导电性，高韧度和极大的比表面积，被认为有望替代传统的半导体硅，在电子科技领域引发新一轮的研究热潮。然而，由于石墨烯没有能带，所以不能实现逻辑电路的开与关，这极大限制了它在电子器件和光电器件领域的应用，如场效应晶体管，光电探测器，太阳能电池等。近年来，寻找新型二维半导体材料已成为材料科学的新方向之一。
[0003]黑磷作为磷的常见四种同素异形体(即:红磷，白磷，紫磷，黑磷)中密度最大(2.69g/cm3)，最稳定的一种，具有金属光泽，导电性好。它具有类似石墨的层状结构，层与层之间靠范德华力结合。然而，它结构中区别于石墨的最大特点在于，其同一层内的磷原子不在同一平面内，沿着b轴呈褶皱的层状排列，且层间距比石墨大(约5埃)。此外，它是直接带隙半导体，具有良好的电子迁移率和光学特性，以及比石墨更高的理论电池容量2596mAh/g,这些优点都使得它在电子及光电器件领域具有极大的应用前景。
[0004]传统的制备黑磷方法是在高压(12000atm)、高温(1000°C)下加热红磷，或者在常压下用汞做催化剂进行制备。然而，由于上述的合成黑磷的方法往往具有高毒性，产率低，需要超高压、高温等不足，因此迫切需要改进黑磷的制备工艺。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备条件温和、能耗及成本低且转化率高的黑磷的制备方法。
[0006]本发明的具有高转化率的黑磷的制备方法，包括如下步骤:
将红磷、锡和四碘化锡按质量比为I?6:40?50:1?2的比例混合，装入石英管中，抽真空至石英管内压强小于0.05pa，封管，加热使石英管中原料端温度为100°C?400°C，再在I?2小时内升温至400°C?700°C，保温5?10小时，然后在6?8小时内降温至200°C?500°C，保温I至3天后，在10?15小时内降温至室温，得到黑磷。
[0007]上述技术方案中所采用的红磷可以为粉末或者颗粒，所采用的锡可以为片状或颗粒，所采用的四碘化锡可以为颗粒或者粉末。
[0008]本发明的有益效果在于:本发明的制备方法无需用到高温高压等苛刻的制备条件即可获得黑磷，可极大的降低能耗和成本；本发明所制备的黑磷结晶性良好，所得黑磷质量与初始原料中红磷的质量之比可高达97%，即具有极高的转化率，此外本发明方法步骤简单、可重复性强，利于产业推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为实施例1制得的黑磷的XRD图。
[0010]图2为实施例1制得的黑磷的SEM图。
【具体实施方式】
[0011]以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
[0012]实施例1
将红磷、锡和四碘化锡按质量比为3:40:1的比例混合，装入石英管中，抽真空至石英管内压强小于0.05pa，封管，加热使石英管中原料端温度为200°C，再用I小时升温至600 V，保温6小时，然后用6小时降温至300 V，保温2天后，用10小时降至室温，取出产物。
[0013]所得产物为黑色块体，图1为其XRD图，其SEM如图2所示，可以看出所得产物为黑磷。且经测量，所得黑磷质量约为原料中红磷质量的97%。
[0014]实施例2
将红磷、锡和四碘化锡按质量比为3: 25:1的比例混合，装入石英管中，抽真空至石英管内压强小于0.05pa，封管，加热使石英管中原料端温度为400°C，再用2小时升温至700°C，保温10小时，然后用8小时降温至500°C，保温3天后，用15小时降至室温，在石英管中得到黑磷。
[0015]实施例3
将红磷、锡和四碘化锡按质量比为1:40:1的比例混合，装入石英管中，抽真空至石英管内压强小于0.05pa，封管，加热使石英管中原料端温度为100°C，再用I小时升温至400°C，保温5小时，然后用6小时降温至200°C，保温I天后，用10小时降至室温，在石英管中得到黑磷。
【权利要求】
1.一种具有高转化率的黑磷制备方法，其特征在于包括如下步骤:将红磷、锡和四碘化锡按质量比为I?6:40?50:1?2的比例混合，装入石英管中，抽真空至石英管内压强小于0.05pa，封管，加热使石英管中原料端温度为100°C?400°C，再在I?2小时内升温至400°C?700°C，保温5?10小时，然后在6?8小时内降温至200°C?500°C，保温I至3天，最后在10?15小时内降温至室温，得到黑磷。
【文档编号】C01B25/02GK104310326SQ201410589788
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】王业伍, 赵明, 钱皓磊, 牛欣玥, 沙健 申请人:浙江大学