本發(fā)明屬于層狀硅材料的合成方法領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種常溫常壓液相法快速制備硅材料的方法。

背景技術(shù)：

層狀硅為單質(zhì)硅的一種熱力學(xué)較為穩(wěn)定的相，層數(shù)較少的層狀硅材料可產(chǎn)生一定帶隙，且其帶隙可通過多種手段如改變層數(shù)、雜元素?fù)诫s在較大范圍內(nèi)調(diào)控，近些年來，層狀硅已經(jīng)成為材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的層狀硅材料的制備策略主要有兩種：1、使用原料廣泛的金屬性硅化物如硅化鈣(nanoresearch2015,8(8):2654–2662)、層狀粘土材料(其中有層狀排布的氧化態(tài)硅的存在，acsnano,2016,10(2):2843–2851)和在強(qiáng)還原性條件下，如使用熔融態(tài)的金屬鎂將氧化態(tài)硅還原為單質(zhì)si。此外，使用負(fù)電性較強(qiáng)的鹵族元素氣體與硅化鈣中的鈣聯(lián)結(jié)，得到層狀硅材料(natcommun.2016,5(7):10657)。2、利用原子級別的硅源，在高真空下，濺射到具有一定規(guī)整形貌的二維金屬確定的晶面上，使其在金屬表面重排，形成規(guī)整的層狀硅材料(nanolett.2013,13,685-690&nanolett.2012,12,3507-3511)?？偨Y(jié)以上方法，均需較高溫度輸入，同時(shí)還需特殊氣體和條件的使用，如使用高腐蝕性的氟氣或是高真空條件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)制備層狀硅材料的方法的不足，本發(fā)明提供了一種常溫常壓液相法快速制備層狀硅材料的方法，包括以下步驟：

(1)常溫常壓下，將金屬硅化物加入到含有氧化劑的分散劑中進(jìn)行反應(yīng)，得到層狀硅材料和金屬鹽；其中所述氧化劑選自含有活性質(zhì)子的物質(zhì)、氧化性單質(zhì)或氧化性金屬陽離子。

(2)清洗步驟(1)的反應(yīng)后的物質(zhì)以除去所述金屬鹽，干燥剩余物即得到所述層狀硅材料。

優(yōu)選地，其中所述常溫為0-200℃，其中所述常壓為1-10大氣壓。

優(yōu)選地，其中所述的金屬硅化物為硅化鈣、硅化鎂、硅化鋇、硅化鋅中的一種或幾種。

優(yōu)選地，其中所述含有活性質(zhì)子的物質(zhì)為含有羥基、氨基、醛基或羧基的物質(zhì)；其中所述氧化性單質(zhì)選自s、f2、cl2、br2或i2；其中所述氧化性金屬陽離子選自ag⁺、au³⁺、cu²⁺、pt³⁺、fe³⁺、co³⁺或ni³⁺。

優(yōu)選地，其中所述含有羥基、氨基、醛基或羧基的物質(zhì)為水、乙二醇、甘油、乙二胺、 甲醛、乙酸或甲酸中的一種或幾種。

優(yōu)選地，其中所述分散劑為氮氮二甲基甲酰胺、氮氮二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明首次提供一種不同于現(xiàn)有技術(shù)的層狀硅材料的制備方法。而本發(fā)明經(jīng)簡單的反應(yīng)，即可得到高質(zhì)量的、目前備受國內(nèi)外材料學(xué)界層狀硅材料。

2、本發(fā)明的制備方法所需條件簡單，而現(xiàn)有技術(shù)制備方法條件苛刻。本發(fā)明的制備方法所需條件為常溫常壓，且設(shè)備簡單，所有的操作步驟可以在4小時(shí)內(nèi)完成，反應(yīng)不受反應(yīng)物量的限制，可以無限等比例放大，具有直接工業(yè)化的可行性。

附圖說明

圖1為硅化鈣的晶體結(jié)構(gòu)圖，大球代表鈣原子，小球代表硅原子。

圖2為實(shí)施例1中制備的層狀硅材料的透射電鏡照片。

圖3為實(shí)施例1中制備的層狀硅材料的拉曼圖譜

圖4為實(shí)施例2中制備的層狀硅材料的透射電鏡照片。

圖5為實(shí)施例2中制備的層狀硅材料的拉曼圖譜。

圖6為實(shí)施例3中制備的層狀硅材料的透射電鏡照片。

圖7為實(shí)施例3中制備的層狀硅材料的拉曼圖譜

圖8為實(shí)施例4中制備的層狀硅材料的透射電鏡照片。

圖9為實(shí)施例4中制備的層狀硅材料的拉曼圖譜。

圖10為實(shí)施例4中制備的層狀硅材料的xrd圖譜。

圖11為實(shí)施例5中制備的層狀硅材料的掃描電鏡照片。

圖12為實(shí)施例6中制備的層狀硅材料的掃描電鏡照片。

圖13為實(shí)施例7中制備的層狀硅材料的掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

將0.2克硅化鎂粉末加入到10毫升的去離子水(反應(yīng)溶劑)中，磁力攪拌10分鐘后，在120℃下反應(yīng)4小時(shí)，加入10％稀鹽酸清洗除掉反應(yīng)生成的氫氧化鎂，繼續(xù)清洗并干燥即得到目標(biāo)產(chǎn)物層狀硅材料。

實(shí)施例2

除使用10毫升乙二醇作為反應(yīng)溶劑，其他與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例3

除使用硅化鈣作為反應(yīng)物，其他與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例4

除使用180℃作為反應(yīng)溫度，其他與實(shí)施例3相同。

實(shí)施例5

將0.2克硅化鈣粉末加入到30毫升的氮氮二甲基甲酰胺中，再加入0.05克硝酸銀，超聲均勻，裝入反應(yīng)釜，在120℃反應(yīng)4小時(shí)，加入10％稀鹽酸清洗除掉鈣鹽，繼續(xù)清洗并干燥即得到目標(biāo)產(chǎn)物層狀硅材料。

實(shí)施例6

除使用0.2克硝酸鐵替代實(shí)施例5中的硝酸銀外，其他條件與實(shí)施例5相同。

實(shí)施例7

將0.2克硅化鈣粉末加入到30毫升的氮氮二甲基甲酰胺中，超聲均勻，裝入球磨罐，常溫球磨4小時(shí)，加入10％稀鹽酸清洗除掉鈣鹽，繼續(xù)清洗并干燥即得到目標(biāo)產(chǎn)物層狀硅材料。

附圖2、4、6、8的透射電鏡照片顯示所合成的硅材料的表觀形貌為二維層狀。附圖3、5、7、9的拉曼圖譜顯示所制備的材料為純質(zhì)硅。

圖11、12、13分別是實(shí)施例5-7的制備的層狀硅材料的sem照片，清楚地顯示了層狀結(jié)構(gòu)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種液相法制備層狀硅材料的方法，包括以下步驟：(1)常溫常壓下，將金屬硅化物加入到含有氧化劑的分散劑中進(jìn)行反應(yīng)，得到層狀硅材料和金屬鹽；(2)清洗步驟(1)的反應(yīng)后的物質(zhì)以除去所述金屬鹽，干燥剩余物即得到所述層狀硅材料。

技術(shù)研發(fā)人員：孫曉明;張國新;胡策軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京化工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2016.04.27
技術(shù)公布日：2017.11.03