一种少层结构ZnO二维纳米片及其制备方法与流程

本发明涉及少层二维材料及其制备方法，特别是涉及一种少层结构zno二维纳米片及其制备方法。

背景技术：

石墨烯的出现使得少层二维材料受到了众多科研工作者的关注。众多少层二维材料表现出优异的物理化学性质，如极高的室温载流子迁移率、量子霍尔效应、极大的比表面积、高的杨氏模量、优异光学透过率以及电导和热导等。但是目前报道的二维材料主要针对具有层状结构的材料体系，如过渡金属硫化物、黑磷以及层状氧化物等。为了合成少数少层材料，机械剥离、离子插层、cvd等方法得到充分应用来制备单层二维材料。但是对于zno、cds、wo3等非层状氧化物很难通过上述方法来制备，因此针对上述问题急需找到适当的方法来构建非层状少层结构(few-layered)二维纳米片，来探究其物理化学性能。

技术实现要素：

本发明的一个目的是为了提供一种简单的方案来构建非层状少层结构二维zno纳米片。

根据本发明的一个方面，提供了一种少层结构zno二维纳米片的制备方法，包括：

在zno前驱体溶液的表面构建单分子层的油相有机溶液；

在一预设温度下进行反应，以在所述油相有机溶液和所述zno前驱体溶液的油液界面处生成少层结构zno二维纳米片。

可选地，所述预设温度为60-65℃。

可选地，所述油相有机溶液为油性有机物和可挥发性溶剂的混合溶液。

可选地，所述可挥发性溶剂为氯仿、乙醇或丙酮。

可选地，所述油性有机物与所述可挥发性溶剂的体积比为0.1-0.5％：1。

可选地，在一预设温度下进行反应的步骤中，其中反应的时间为1.5-2h。

可选地，所述zno前驱体溶液为锌的盐溶液和水溶性有机碱的混合液，所述水溶性有机碱的化学结构中包含甲基。

可选地，所述锌的盐溶液为硝酸锌、硫酸锌或醋酸锌，所述水溶性有机碱为六亚甲基四胺或四甲基氢氧化铵。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种少层结构zno二维纳米片，由权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备而成，所述少层结构zno二维纳米片的结构具有类石墨烯结构的褶皱状。

可选地，所述少层结构zno二维纳米片的厚度为1-3nm。

本发明利用油相有机溶液与zno前驱体溶液中的油性有机物之间的侨联作用，外延生长出少层结构zno二维纳米片。发明人经过大量实验验证，并创造性地提出了该方案，获得了意想不到的技术效果。该方法操作非常简单，并且通过该方法获得的zno二维纳米片的微观结构具有类石墨烯结构的褶皱状。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的少层结构zno二维纳米片的制备方法的示意性流程图；

图2是根据本发明第一个实施例中的少层结构zno二维纳米片的透射电镜图；

图3是根据本发明第一个实施例中的少层结构zno二维纳米片的选区电子衍射图；

图4是根据本发明第一个实施例中的少层结构zno二维纳米片的afm图；

图5是图4所示的线条区域处zno二维纳米片的厚度图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一个实施例的少层结构zno二维纳米片的制备方法的示意性流程图。如图1所示，该制备方法包括如下步骤：

s100、在zno前驱体溶液的表面构建单分子层的油相有机溶液；

s200、在一预设温度下进行反应，以在油相有机溶液和zno前驱体溶液的油液界面处生成zno二维纳米片。

在步骤s100中，zno前驱体溶液为锌的盐溶液和水溶性有机碱，水溶性有机碱的化学结构中包含甲基。锌的盐溶液例如可以是硝酸锌、硫酸锌或醋酸锌，但并不限于此。水溶性有机碱例如可以是六亚甲基四胺或四甲基氢氧化铵，同样并不限于此。锌的盐溶液和水溶性有机碱的浓度均为范围在10-50mmol/l之间的任一浓度。例如锌的盐溶液和水溶性有机碱的浓度均可以为10mmol/l、20mmol/l、30mmol/l、40mmol/l或50mmol/l，也可以是10-50mmol/l之间的其他任一浓度。

油相有机溶液为油性有机物和可挥发性溶剂的混合溶液。该油性有机物与可挥发性溶剂的体积比均为范围在0.1-0.5％：1之间的任一比值。例如油性有机物与可挥发性溶剂的体积比可以是0.1％：1、0.2％：1、0.3％：1、0.4％：1或0.5％：1。当油性有机物与可挥发性溶剂的体积比小于0.1％：1时，油性有机物的浓度过小，需要量取体积较大的油相有机溶液以将其滴入zno前驱体溶液中，此时会由于液滴重力过大导致在滴下时沉入zno前驱体溶液，不容易在zno前驱体溶液的表面构建出单分子层的油相有机溶液。当油性有机物与可挥发性溶剂的体积比大于0.5％：1时，油性有机物的浓度过大，需要量取体积较小的油相有机溶液以将其滴入zno前驱体溶液中，而体积越小，量取的误差越大，这样不易构建较好的单分子层的油相有机溶液。

油性有机物例如可以是环己烷、十八烯或油酸，但不限于此。该可挥发性溶剂例如可以是氯仿、乙醇或丙酮，同样不限于此。该可挥发性溶剂在选择时需要与能够溶解油性有机物，并且在室温下容易挥发。

特别地，在步骤s200中，预设温度为范围在60-65℃中任一温度。预设温度例如可以是60℃、61℃、62℃、63℃、64℃或65℃。当预设温度低于60℃时，不会发生反应。当预设温度高于65℃时，zno前驱体溶液中的水溶液较易蒸发，不会形成分散性较好的油液界面，最终影响反应生成的产物结构。其中，反应的时间例如可以是1.5h或2h，也可以是1.5-2h中任一数值。当反应时间低于1.5h时，无法生成zno二维纳米片。当反应时间高于2h，则生成zno纳米片的结构会发生变化，即获取到的产品不是所期望获取的产品。

本发明利用油相有机溶液与zno前驱体溶液中的油性有机物之间的侨联作用，外延生长出少层结构zno二维纳米片。发明人经过大量实验验证，并创造性地提出了该方案，获得了意想不到的技术效果。该方法操作非常简单，并且通过该方法获得的zno二维纳米片的微观结构具有类石墨烯结构的褶皱状。

下面结合具体实施例来详细说明。

实施例1：

该少层结构zno二维纳米片的制备方法，包括如下步骤：

s1、配置浓度均为25mmol/l硝酸锌和六亚甲基四胺的前驱体溶液，并量取14ml前驱体溶液，将其置入容量瓶中；

s2、将环己烷和氯仿按照体积比为0.1％：1配置溶液，以形成油相有机溶液；

s3、取3μl油相有机溶液滴入前驱体溶液的液面上，随着氯仿的蒸发，可以在前驱体溶液的液面上形成单分子的油相层；

s4、将步骤s3中的溶液在60℃下反应1.5h，获得少层结构zno二维纳米片。

图2示出了根据本发明第一个实施例中的少层结构zno二维纳米片的透射电镜图。从图2中可以看出，少层结构zno纳米片具有类石墨烯褶皱状，比碳薄更加透明。

图3示出了根据本发明第一个实施例中的少层结构zno二维纳米片的选区电子衍射图。从图3中可以看出，少层结构zno纳米片的晶体结构为zno典型的六方相结构。结合图4和图5，该少层结构zno纳米片的厚度为2.2nm。

实施例2：

该少层结构zno二维纳米片的制备方法，包括如下步骤：

s1、配置浓度均为35mmol/l硝酸锌和六亚甲基四胺的前驱体溶液，并量取12ml前驱体溶液，将其置入容量瓶中；

s2、将环己烷和氯仿按照体积比为0.2％：1配置溶液，以形成油相有机溶液；

s3、取5μl油相有机溶液滴入前驱体溶液的液面上，随着氯仿的蒸发，可以在前驱体溶液的液面上形成单分子的油相层；

s4、将步骤s3中的溶液在62℃下反应2h，获得少层结构zno二维纳米片。

实施例3：

该少层结构zno二维纳米片的制备方法，包括如下步骤：

s1、配置浓度均为45mmol/l硝酸锌和六亚甲基四胺的前驱体溶液，并量取10ml前驱体溶液，将其置入容量瓶中；

s2、将环己烷和氯仿按照体积比为0.35％：1配置溶液，以形成油相有机溶液；

s3、取6μl油相有机溶液滴入前驱体溶液的液面上，随着氯仿的蒸发，可以在前驱体溶液的液面上形成单分子的油相层；

s4、将步骤s3中的溶液在65℃下反应1.5h，获得少层结构zno二维纳米片。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。