一种高纯黑磷的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108059138A(43)申请公布日2018.05.22(21)申请号201711303248.5(22)申请日2017.12.11(71)申请人昆明理工大学地址650093云南省昆明市五华区学府路253号(72)发明人廉培超王波梅毅汤永威任新林刘红红(51)Int.Cl.C01B25/02(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图2页(54)发明名称一种高纯黑磷的制备方法(57)摘要本发明公开了一种高纯黑磷的制备方法，以红磷为原料，少量黑磷作为反应晶种，在真空或保护气氛下，将二者密封在一定尺寸的石英管内，红磷与黑磷分别在石英管两端。先将管式炉温度加热至500~650℃，然后快速将石英管红磷端放置于管式炉热端，保温2~200h，随后再降温至200℃，最后降至室温，即可在冷端得到大块黑磷。本发明的制备方法操作简单，合成周期短，且制备的黑磷结晶性好、纯度高，具有很好的应用前景。CN108059138ACN108059138A权利要求书1/1页1.一种高纯黑磷的制备方法，包括以下步骤：在真空或保护气体氛围下，将红磷和黑磷密封在石英管内，并分别置于石英管两端；先将管式炉温度加热至500~650℃，然后快速将石英管红磷端放置于管式炉热端，黑磷端则位于管式炉冷端，保温2~200h，随后再降温至200℃，最后自然降至室温，即可在冷端得到大块黑磷。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，红磷和黑磷的质量比为1~100:1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，红磷和黑磷的磷元素含量都在99%以上。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，石英管的管长与内径的比值为2~40:1，壁厚大于0.1cm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，冷端温度控制在280~320℃。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，管式炉升温速率为2~20℃/min，降温速率为0.5~3℃/min。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，真空条件的压力为1Pa以下。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，保护气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气中的任意一种或多种。2CN108059138A说明书1/2页一种高纯黑磷的制备方法技术领域[0001]本发明属于新材料制备技术领域，具体涉及一种高纯黑磷的制备方法。背景技术[0002]黑磷是磷的同素异形体中性质最稳定的一种，大量的理论和实验研究表明黑磷具有优异的性能，例如较高的载流子迁移率和开关比、层数可调的直接带隙、高度的各向异性、极好的生物相容性等，在太阳能电池、储能电池、生物医药、场效应晶体管、传感器、催化等领域展现出了巨大的潜在应用价值。[0003]但目前的黑磷的研究才刚刚起步，许多方面还有待进一步研究，特别是开发一种高效制备黑磷的方法对推动黑磷的应用领域的发展极其重要。高压法是最早用来制备黑磷的方法，CN102491294A公开了一种用高压法制备锂离子电池负极材料黑磷的方法，该方法得到的黑磷结晶性较好，但需要用到超高压设备，制备条件苛刻，制备成本较高。CN104630879A、CN106087050、CN105460910A提出的方法具有制备的黑磷结晶性好、成本低等优点，但是这种方法得到的黑磷都需要进一步除去杂质，工艺繁琐且成本较高，不利于大规模生产。CN106185849A公开了一种纳米级黑磷的制备方法，将红磷加入到高能球磨机中，通过球磨几个小时得到黑磷，该方法可以得到纯度较高的黑磷，但是黑磷的结晶性不好，对黑磷后续的应用不利。[0004]由此可见，开发一种高效，且能规模化制备黑磷的方法对推动黑磷的应用极具价值。发明内容[0005]本发明的目的在于提供一种高纯黑磷的制备方法。[0006]一种高纯黑磷的制备方法，包括以下步骤：称取红磷和少量黑磷，在真空（压力为1Pa以下）或保护气氛（氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气）下，将二者密封在一定尺寸的石英管内，红磷和黑磷分别置于石英管两端。先将管式炉温度加热至500~650℃，然后快速将石英管红磷端放置于管式炉热端，少量黑磷则位于冷端，保温2~200h，随后再降温至200℃，最后自然降至室温，即可在冷端得到大块黑磷。[0007]红磷和黑鳞的质量比为1~100:1，红磷和黑磷的磷元素含量都在99%以上。[0008]石英管的管长与内径的比值为2~40:1，壁厚大于0.1cm。[0009]石英管冷端温度控制在280~320℃。[0010]管式炉升温速率为2~20℃/min，降温速率为0.5~3℃/min。[0011]本发明的有益效果：1、本发明所述方法整个制备过程中不会引入其他杂质，只有磷元素参与反应，可以制备出高纯的块状黑磷；2、本发明使用少量