贵金属二维材料及其制备方法与流程

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种贵金属二维材料及其制备方法。

背景技术：

超薄的二维纳米材料是一类新兴的纳米材料类别，其具有片状结构，水平尺寸超过100nm或几个微米甚至更大，但是厚度只有单个或几个原子厚(典型厚度小于5nm)。二维材料是由单层或少数层原子或者分子层组成，层内由较强的共价键或离子键连接，而层间则由作用力较弱的范德瓦耳斯力结合。它们因独特的2d结构而具有奇特的特性与功能。常常被应用于电子/光电子器件、电催化、电池、超级电容器、太阳能电池、光催化以及传感平台等方面。由于其独特的性能，二维纳米材料具有广阔的应用前景。

自从2004年novoselov和geim及其合作者成功地使用胶带从石墨上剥离出了石墨烯后，二维材料的研究进入了高速发展的时期。与此同时，石墨烯及类石墨烯材料进一步丰富了二维材料的家族，比如二维过渡金属碳化物或碳氮化物(mxenes)、贵金属、金属有机框架材料(mofs)、共价有机框架材料(cofs)、聚合物、黑磷、硅烯、锑烯、无机钙钛矿和有机-无机混合钙钛矿等。

现在比较固定的二维纳米材料合成方法可以分为两类：自上而下和自下而上的思路，其中包括：微机械剥离、机械力辅助液体剥离、离子插入辅助液体剥离、离子交换辅助液体剥离、氧化辅助液体剥离、选择性刻蚀液体剥离、化学气相沉积(cvd)及湿化学法等。由于不同制备方法得到的二维材料也许会具有不同的结构特征，比如不同的物理、电子、化学和表面特性等，因此开发不同的制备二维材料的方法具有重大意义。

目前为止，人们合成的二维材料主要为二维过渡金属碳化物或碳氮化物(mxenes)、金属有机框架材料(mofs)、共价有机框架材料(cofs)、聚合物、黑磷、硅烯、锑烯、无机钙钛矿和有机-无机混合钙钛矿等，而关于贵金属二维材料的合成方法较少。另外，现有的二维材料的合成方法较复杂，制备具有较大的难度；且合成二维材料的方法制备的二维片层较小，且对制备设备要求较高，以至于成本一直居高不下。若想盈利，必须降低贵金属二维材料的合成成本，这就需要寻找便捷，价格低廉的合成方法。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种贵金属二维材料及其制备方法，本发明利用液态的金属作为载体，提供金属前驱体反应的场所，提出一种简单易行的方法合成面积较大的贵金属二维材料。

本发明的第一个目的是提供一种贵金属二维材料的制备方法，包括以下步骤：

将液态的金属形成一基底，然后在所述基底的上表面覆盖贵金属前驱体的有机溶液，再在400-800℃下煅烧4-6h，即在所述基底上形成所述贵金属二维材料；其中，所述液态的金属的熔点为40℃以下且沸点为1000℃以上。

进一步地，液态的金属为镓。本发明的液态的金属在室温下为液态。

进一步地，贵金属前驱体的有机溶液的浓度为0.01-0.05mol/l。优选地，浓度为0.01-0.02mol/l；更优选地，浓度为0.0156mol/l。

进一步地，贵金属前驱体为乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钌、乙酸铂和乙酸银中的一种或几种。

进一步地，有机溶液所使用的溶剂为异丙醇、油胺和丙酮中的一种或几种。优选地，溶剂为异丙醇。

进一步地，在空气气氛中进行煅烧。煅烧时，贵金属前驱体中的含碳基团由于高温脱出，留下贵金属二维材料。

进一步地，煅烧完毕后还包括冷却至20-30℃，并从基底的表面分离出所述贵金属二维材料的步骤。

本发明的第二个目的是提供一种采用上述方法所制备的贵金属二维材料。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明提出一种简单易行的方法合成面积较大的贵金属二维材料。本发明利用在室温下为液态的金属作为载体，提供金属前驱体反应的场所，在其上覆盖贵金属前驱体，通过在设定温度下高温灼烧，得到面积较大的贵金属二维材料。此技术在空气氛围中进行，加之液态的金属良好的导热性，能耗损失少，此外，液态的金属具有较好的化学稳定性，高温下几乎不与外界物质发生反应，在反应结束后可再次回收利用，可大大降低成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明贵金属二维材料的制备过程示意图；

图2是pt二维材料的tem图像；。

图3是pt二维材料的晶格条纹以及其暗场像；

图4是pt二维材料的xrd图像；

图5是pt二维材料的元素分析谱图(xps)；

图6是pt/ru复合金属二维材料的tem图、sem图以及eds测试图；

图7是pt/ru复合金属二维材料的高分辨tem图以及相应的元素分布图。

附图标记说明：

1-ga；2-贵金属前驱体；3-贵金属二维材料。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

将液态金属镓(ga)滴加在坩埚的底部，使其平铺成一平面基底，镓的用量无具体要求，能平铺容器底部为宜。然后在基底上表面滴加2ml浓度为15.6mmol/ml的乙酰丙酮铂(贵金属前驱体)的异丙醇溶液，然后将坩埚放入马弗炉中，在马弗炉中从室温程序升温，升温至600℃灼烧4h。灼烧结束后刮取液态金属镓表面的薄膜，通过离心分离法分离出pt二维材料(贵金属二维材料)。该方法的步骤示意图如图1所示。

对以上方法所制备的pt二维材料进行表征，结果如下：

图2是pt二维材料的tem图像，图2a-d分别为不同形貌的pt二维材料。从图中可以看出本发明合成了较薄且较大的二维金属材料。

图3a、b分别是pt二维材料的晶格条纹以及其暗场像，其晶格间距为0.25nm。

图4是pt二维材料的xrd图像，上方的曲线为pt二维材料的xrd图像，下方的曲线为纯ga放入马弗炉灼烧得到的产物所对应的宽峰。图中数字65-2868和65-7174代表xrd卡片型号。图5是pt二维材料的元素分析谱图(xps)，71.4ev的峰对应的是零价pt，74.8ev的峰对应的是+4价pt。

此外，本实施例中，煅烧温度可以在400-800℃内调节，煅烧时间可以在4-6h内调节。乙酰丙酮铂可以替换为乙酸铂。

实施例2

将液态金属镓(ga)滴加在坩埚的底部，使其平铺成一平面基底，然后在基底上表面分别滴加2ml浓度为15.6mmol/ml的乙酰丙酮铂(贵金属前驱体)的异丙醇溶液和2ml浓度为15.6mmol/ml的乙酰丙酮钌(贵金属前驱体)的异丙醇溶液，然后将坩埚放入马弗炉中，在马弗炉中从室温程序升温，升温至600℃灼烧4h。灼烧结束后刮取液态金属镓表面的薄膜，通过离心分离法，分离出pt/ru复合金属二维材料。

图6a、b分别是pt/ru复合金属二维材料的tem图，图6c是pt/ru复合金属二维材料的sem图，图6d是pt/ru复合金属二维材料的eds测试图。从图中结果可以看出，本发明成功制备了较大且较薄的pt/ru复合金属二维材料。图7是pt/ru复合金属二维材料的高分辨tem图以及相应的元素分布图。从图中看出，pt和ru元素均匀分布在该金属二维材料中。以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。