利用不同溶液浓度电化学剥离黑磷纳米片和量子点

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黑磷作为一种新型高性能二维材料,受到越来越多的科学人员的重视。而如何高效的生产高质量的纳米级黑磷,直到现在也是一项学术难点。在此我们介绍了一种电化学剥离方法,其通过插层反应来高效剥离出纳米级黑磷。实验过程中我们选择不同的溶液浓度,能够剥离出像纳米片和量子点这样不同的黑磷纳米结构。这种通过控制单一变量,以期达到制备不同纳米形态黑磷的方法,不仅高效,其制备的产品质量也是相当的优良。其中纳米片与量子点均可有较多的电子或者医学应用。因此,这项工作展现了一种适合于商业化的纳米级黑磷优异制备方法。实验中的电压,溶质和溶剂都是一样的。我们通过控制不同的浓度达到单一变量的改变来得到不同的纳米结构。实验中特意使用了有机溶剂来避免黑磷和水或者空气的反应。根据表面张力的原理,并不是所有的溶剂在剥离黑磷上都十分有效。为了提高插层反应的效率我们也必须找到合适的溶质。在经过了一系列的实验后我们选择了二甲基酰胺和氯化锂分别作为溶剂和溶质。这种搭配使我们得到了极好的剥离结果。我们使用黑磷作为阳极,铂作为阴极。一个铂电极夹被用来在阳极固定块状黑磷以防止杂质被引入。先施加7V电压30分钟来浸润块状黑磷,然后将电压提高到10 V。这个10 V电压将维持到反应结束。整个剥离过程将持续30分钟到1个小时,溶液的浓度将控制剥离的纳米结构。在0.1 M溶液中我们将得到块状黑磷。0.3M溶液中我们将得到优良的黑磷纳米片。0.5M溶液中将得到黑磷纳米片与黑磷量子点的复合物。而在1M溶液中我们将得到大量的黑磷量子点。剥离的机制可以理解为不同浓度的自由基数量将导致液相剥离中的三种不同力即正交垂直力,剪切力和破碎力的主导性改变,进而影响最终的剥离产物。而在剥离出的各产物中我们着重选择黑磷量子点的应用作为探究方向,研究了黑磷量子点在癌症光热试剂和湿度传感器上的应用。最终我们得到了优异的应用结果。
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