表面卤素功能化低维铋纳米材料及其制备方法、应用

本发明涉及新材料和能源存储的，尤其是涉及一种表面卤素功能化低维铋纳米材料及其制备方法、应用。

背景技术：

1、由于独特的物理化学特性，低维(零维、一维、二维)半导体或半金属纳米材料(如锑量子点、磷烯、砷烯、锑烯和铋烯等)在半导体、光电子器件、生物传感、催化、能源转换与存储等领域具有重要的应用。然而，由于这些低维材料尺寸非常小，制备后在空气中非常不稳定，极容易被空气中的氧气氧化成氧化物，所以导致了应用受限；铋烯和铋纳米颗粒等铋低维材料也同样如此，在空气中极易被氧化成氧化物，造成应用受限。

2、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种表面卤素功能化低维铋纳米材料的制备方法，工艺简单、易操作，能够使低维铋纳米材料在空气中具有优异的稳定性。

2、本发明的目的之二在于提供一种表面卤素功能化低维铋纳米材料，在空气中的稳定性优异，具有较佳的电化学性能。

3、本发明的目的之三在于提供一种表面卤素功能化低维铋纳米材料的应用，能够提高电化学性能，应用效果突出。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、第一方面，一种表面卤素功能化低维铋纳米材料的制备方法，包括以下步骤:

6、(a)铋金属棒和铂片分别作为阴极和阳极进行电解，得到由阴极生成的铋纳米材料和由阳极生成的卤素分子；

7、其中，所述电解的电解液选自四烷基卤化铵有机溶液；

8、(b)步骤(a)得到的由阴极生成的铋纳米材料和由阳极生成的卤素分子进行混合，静置，得到所述表面卤素功能化低维铋纳米材料。

9、进一步的，步骤(a)中，所述电解的电解池包括h型砂芯电解池。

10、进一步的，所述四烷基卤化铵包括四烷基氯化铵、四烷基溴化铵以及四烷基碘化铵中的至少一种。

11、进一步的，所述四烷基卤化铵包括四甲基氯化铵、四乙基氯化铵、四丙基氯化铵、四丁基氯化铵、四庚基氯化铵、四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丙基溴化铵、四丁基溴化铵、四庚基溴化铵、四甲基碘化铵、四乙基碘化铵、四丙基碘化铵、四丁基碘化铵以及四庚基碘化铵中的至少一种。

12、进一步的，步骤(a)中，所述四烷基卤化铵有机溶液的浓度为0.05～2mol/l。

13、进一步的，步骤(a)中，电解时施加的阴极电位为-3～-30v。

14、进一步的，步骤(a)中，得到的由阳极生成的卤素分子包括cl2、br2以及i2中的至少一种。

15、进一步的，步骤(b)中，所述静置的时间为5min～2h。

16、第二方面，一种由上述任一项所述的制备方法制备得到的表面卤素功能化低维铋纳米材料。

17、第三方面，一种上述所述的表面卤素功能化低维铋纳米材料在钠离子电池负极材料中的应用。

18、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

19、本发明提供的表面卤素功能化低维铋纳米材料的制备方法，通过电化学剥离法制备铋纳米材料，在电解开始后，电解液中的季铵盐阳离子在阴极电位的作用下插入到金属铋层间，从而破坏金属铋层间的作用力，使得铋电极逐渐被剥离而生成黑色的铋纳米材料；同时，阳极周围部分电解液中的卤素离子会被氧化而生成卤素分子；在电解结束后，将阳极附近生成的卤素分子和阴极区域生成的铋纳米材料进行混合，静置反应，以使铋纳米材料表面被卤化，从而得到表面卤素功能化低维铋纳米材料，能够有效提高其在空气中的稳定性。

20、本发明提供的表面卤素功能化低维铋纳米材料，由于其表面被卤化，所以能够有效防止铋纳米材料在空气中被氧化，因此具有优异的稳定性，同时也具有较佳的电化学性能。

21、本发明提供的表面卤素功能化低维铋纳米材料的应用，能够提高电化学性能，应用效果突出。

技术特征：

1.一种表面卤素功能化低维铋纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（a）中，所述电解的电解池包括h型砂芯电解池。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述四烷基卤化铵包括四烷基氯化铵、四烷基溴化铵以及四烷基碘化铵中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述四烷基卤化铵包括四甲基氯化铵、四乙基氯化铵、四丙基氯化铵、四丁基氯化铵、四庚基氯化铵、四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丙基溴化铵、四丁基溴化铵、四庚基溴化铵、四甲基碘化铵、四乙基碘化铵、四丙基碘化铵、四丁基碘化铵以及四庚基碘化铵中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（a）中，所述四烷基卤化铵有机溶液的浓度为0.05~2mol/l。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（a）中，电解时施加的阴极电位为-3~-30v。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（a）中，得到的由阳极生成的卤素分子包括cl2、br2以及i2中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（b）中，所述静置的时间为5min~2h。

9.一种由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的表面卤素功能化低维铋纳米材料。

10.一种权利要求9所述的表面卤素功能化低维铋纳米材料在钠离子电池负极材料中的应用。

技术总结
本发明提供了一种表面卤素功能化低维铋纳米材料及其制备方法、应用，涉及新材料和能源存储的技术领域，包括以下步骤:（a）铋金属棒和铂片分别作为阴极和阳极进行电解，得到由阴极生成的铋纳米材料和由阳极生成的卤素分子；其中，电解的电解液选自四烷基卤化铵有机溶液；（b）步骤（a）得到的由阴极生成的铋纳米材料和由阳极生成的卤素分子进行混合，静置，得到表面卤素功能化低维铋纳米材料。本发明解决了现有技术的低维铋材料在空气中极易氧化而导致应用受限的技术问题，达到了通过相对简单的方法制备稳定性优异的低维铋纳米材料的技术效果。

技术研发人员：杨应昌,陈静,石维,黄伟
受保护的技术使用者：铜仁学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11