殷憲國
(武漢工程大學(xué)研究設(shè)計院,湖北 武漢 430074)
量子點是一種納米級別的半導(dǎo)體,對它施加一定的電場或光壓會發(fā)出特定頻率的光,光頻率會隨著這種半導(dǎo)體尺寸的改變而變化,通過調(diào)節(jié)這種半導(dǎo)體的尺寸就可以控制其發(fā)出光的顏色。
量子點獨特的性質(zhì)基于自身的量子效應(yīng)、隧道效應(yīng)和表面效應(yīng)等。21世紀(jì)初,隨著半導(dǎo)體和光電技術(shù)的發(fā)展,黑磷量子點技術(shù)以及黑磷復(fù)合技術(shù)飛速發(fā)展,近十余年該領(lǐng)域不僅在制備和復(fù)合技術(shù)方面有了引人注目的進展,而且應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴展,有望成為精細(xì)化工十分重要的分支之一。
黑磷是黑色有金屬光澤的晶體,是具有正交結(jié)構(gòu)且反應(yīng)活性最低的磷的同素異形體。其結(jié)構(gòu)是一種類似于石墨烯的層狀結(jié)構(gòu),層與層間通過范德華力結(jié)合,具有許多優(yōu)異性能,如較高的截流子遷移率、明顯的各向異性以及可由層數(shù)調(diào)控帶隙寬度等,被認(rèn)為是最具潛力應(yīng)用于儲能和半導(dǎo)體領(lǐng)域的二維材料。但由于黑磷表面存在的孤對電子易與空氣中的氧氣和水發(fā)生反應(yīng),形成氧缺陷和雜質(zhì),嚴(yán)重影響其應(yīng)用。
黑磷量子點技術(shù)的發(fā)展和黑磷復(fù)合材料的開發(fā)有效避免了上述缺陷并大大拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。目前新材料可用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域如制備聲成像藥物、光熱治療藥物和靶向治療藥物等,并在光電器件、傳感器、光催化、環(huán)保治理等方面發(fā)揮越來越大的作用。
黑磷量子點技術(shù)首先涉及黑磷制備技術(shù),黑磷制備技術(shù)的進步為黑磷復(fù)合材料的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。雖然高壓法在200℃、1.2 GPa條件下經(jīng)30 min反應(yīng),可以將白磷轉(zhuǎn)化為黑磷,但高壓法成本較高,難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。球磨法可以在室溫下實現(xiàn)紅磷/白磷向黑磷轉(zhuǎn)化,但產(chǎn)品黑磷結(jié)晶性較低。以AuSn、SnI4為礦化劑、紅磷為原料快速制備黑磷的技術(shù)目前尚在工業(yè)化探索中。2017年山東大學(xué)晶體材料國家重點實驗室采用濕化學(xué)法利用氟化銨降低表面活化能,將紅磷粉末分散在氟化銨水溶液中,然后轉(zhuǎn)移到高壓釜,在200℃保溫16 h,再用無水乙醇和蒸餾水清洗,最后經(jīng)真空干燥后得到多晶黑磷納米片[1]。2018年,TIAN等人開發(fā)了用乙二胺降低表面活化能在60~140℃制備黑磷納米片的技術(shù)[2]。
西北大學(xué)開發(fā)了一種以SnI4、Sn和紅磷為原料制備高純黑磷方法,方法如下:(1)將原料SnI4、Sn、紅磷加入石英玻璃管,抽真空至100 Pa,充入氬氣,封裝石英管。(2)將石英管于馬弗爐中加熱,加熱程序為室溫320 min,650℃維持60 min,650℃維持450 min,500℃維持100 min,500℃維持330 min,降至室溫。(3)加熱處理后產(chǎn)物加入100 mL C7H8溶劑中,水浴加熱至90℃,提純2 h,最后在80℃真空干燥箱烘干,得到高純黑磷[3]。
昆明理工大學(xué)開發(fā)了一種采用固定床催化劑制備高純黑磷的方法,制備方法如下:氣態(tài)磷從底部進入有固態(tài)催化劑的固定床反應(yīng)器,在催化劑作用下,磷分子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)黑磷分子,氣態(tài)黑磷分子從固定床反應(yīng)器頂部進入黑磷結(jié)晶器,在結(jié)晶器中冷凝為黑磷晶體,未進行催化反應(yīng)的氣態(tài)磷返回固定床反應(yīng)器。氣態(tài)磷為磷化氫、黃磷氣體或紅磷氣體。固定床催化劑為AxByCz,A為P,B為Se或I,C為Sn、Ga、Bi、In、Pb、Cd、Ti中一種或幾種。x∶y=(2~3)∶1,z∶y=(2~15)∶1。催化劑的制備方法:按比例稱取原材料并混勻后,在氬氣氣氛中,于200~550℃煅燒8~22 h,然后降至室溫,重復(fù)以上升降溫過程1~4次。固定床反應(yīng)器內(nèi)溫度為400~700℃,保溫時間0.5~30 min。黑磷結(jié)晶器內(nèi)溫度為200~600℃,保溫時間為1~60 min[4]。
1.2.1 電化學(xué)插層法制備黑磷量子點
東南大學(xué)開發(fā)了一種采用電化學(xué)插層方法在有機溶劑中分解黑磷晶體,制備黑磷量子點的方法。(1)首先將黑磷晶體用導(dǎo)電膠固定在金屬棒上作為工作電極,以鉑電極作對電極,將工作電極和對電極置于含0.1~2.0 mol/L氯化鋰的N,N-二甲基甲酰胺有機溶劑中保持溫度10~35℃。(2)將電極分別接在直流電源的正極和負(fù)極,施加5~15 V電壓,電解質(zhì)離子遷移到黑磷晶體發(fā)生電化學(xué)插層反應(yīng),使黑磷量子點從黑磷晶體脫落到有機溶劑中,得到黑磷量子點分散液。(3)將分散液在轉(zhuǎn)速1 500 r/min下離心分離,取其穩(wěn)定的上層清液,得到黑磷量子點[5]。
1.2.2 溶解熱法制備黑磷量子點
深圳先進技術(shù)研究院開發(fā)了一種溶劑熱法制備黑磷量子點的方法。方法如下:(1)先在無氧條件下,將粒徑5~50μm的黑磷分散在N-甲基吡咯烷酮等第一有機溶劑中,得到第一分散液,其黑磷質(zhì)量濃度為0.6~1.2 mg/mL。(2)采用第一有機溶劑將第一分散液稀釋5~10倍,之后加入NaOH得到第二分散液,其黑磷與NaOH質(zhì)量比為(0.006~0.012)∶1。(3)將第二分散液置于密閉容器中,在120~160℃下加熱反應(yīng)6~18 h,加熱過程中進行攪拌,速度為3 000~4 000 r/min,反應(yīng)完畢后將得到的反應(yīng)液冷卻至室溫,離心(離心機轉(zhuǎn)速為6 000~9 000 r/min,離心時間為10~30 min),收集上清液,得到黑磷量子點,尺寸為1~5 nm[6]。
1.2.3 溶劑分子插層方法制備黑磷量子點
福州大學(xué)開發(fā)了一種高產(chǎn)率的黑磷量子點制備方法,采用溶劑分子插層方法在有機溶劑中分解黑磷得到黑磷量子點。方法如下:(1)在手套箱中稱取黑磷晶體10~50 mg,研磨30~60 min,分散到20~100 mL N-甲基吡咯烷酮溶劑中,密封取出。(2)將步驟(1)中分散液放入高功率超聲儀進行探針超聲(600~900 W)分散1~3 h,在冰浴中超聲完成后靜置1~2 h,取上層液體離心分離。離心機轉(zhuǎn)速1 500~2 000 r/min,分離時間20~40 min。(3)取步驟(2)中離心上清液移入反應(yīng)釜中,放入高溫爐中進行溶劑熱反應(yīng),反應(yīng)溫度120~140℃,時間6~10 h,得到黑磷量子點[7]。
1.2.4 水基熱法制備黑磷量子點
大連海事大學(xué)開發(fā)了一種無毒、環(huán)境友好的制備黑磷量子點方法:將紅磷與去離子水混合后進行水熱處理,處理溫度200~210℃,處理時間48~72 h,紅磷與去離子水質(zhì)量比1∶(32~1 800),紅磷細(xì)度為0.075~0.180 mm(80~200目)[8]。
哈爾濱理工大學(xué)開發(fā)了一種基于黑磷量子點的電阻型氣敏傳感器,其中黑磷量子點制備方法如下:(1)將紅磷粉末在100℃烘干20~30 min,然后研磨至粒徑300~500 nm,取1 000 mg粉末加入錫粒500 mg和碘粒300 mg研磨至混合物粒徑100~200 nm,再放入單口石英管中,抽真空并用氫氧焰對石英管封口,抽真空時真空度為10-4Pa。(2)將石英管放入管式爐中,在700 min內(nèi)線性升溫至600℃,并保溫130~160 min,然后以5℃/min速度降溫至500℃,并保溫130~160 min,再自然降溫得到黑磷晶體。(3)打碎石英管取出黑磷晶體,經(jīng)研磨粉碎后放入50 mL無水乙醇中進行超聲波剝離,得到納米級片狀黑磷量子點溶液[9]。
黑磷表面存在孤對電子,易與空氣中氧氣和水反應(yīng),形成氧缺陷,嚴(yán)重影響其應(yīng)用。而石墨烯作為最具代表性的二維材料,具有超高的截流子遷移率,緊湊的晶格結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。由于石墨烯與黑磷間的晶格失配很小,且兩者僅通過微弱的范德華力發(fā)生作用,因此可以實現(xiàn)將黑磷量子點有效吸附在石墨烯納米片表面,形成具有兩者優(yōu)異物理化學(xué)特性的復(fù)合材料,拓展其在儲能、半導(dǎo)體等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。
東南大學(xué)開發(fā)了一種黑磷烯量子點-石墨烯納米片三維復(fù)合材料。制備方法:(1)首先將剪切粉碎法制備的黑磷量子點乙醇溶液(0.001~10 mg/mL)加入含有氧化石墨烯納米片的乙醇溶液(0.1~10.0 mg/mL)中,機械攪拌1~120 min使黑磷量子點吸附在氧化石墨烯納米片表面,然后將溶液(0.001~10.000 mg/mL)倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜(容積25~200 mL)中進行溶劑熱反應(yīng)(100~200℃),得到充滿乙醇的塊狀膠體復(fù)合材料,將復(fù)合材料從高壓釜取出后完全浸入去離子水中1~48 h,使其中的乙醇和水相互交換,最終形成充滿水的塊狀膠體復(fù)合材料。將其取出,冷凍干燥6~48 h,最后在氬氣或氮氣的保護下熱處理(450~1 200℃),即得到三維復(fù)合材料[10]。
深圳大學(xué)開發(fā)了石墨烯/黑磷量子點/含氮離子液體復(fù)合氣凝膠制備方法。產(chǎn)物包括石墨烯三維骨架及負(fù)載在骨架上的黑磷量子點和含氮離子液體,其中黑磷量子點被含氮離子液體包裹,利用石墨烯易于發(fā)生自組裝行為的特性與含氮離子液體形成石墨烯凝膠,阻止了黑磷量子點間的團聚,提高了黑磷量子點分散性和穩(wěn)定性,使之吸附在石墨烯表面形成穩(wěn)定的復(fù)合氣凝膠。所形成的復(fù)合氣凝膠具有三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)、高彈性、高回復(fù)性和高導(dǎo)電性,有望在能源電池、催化、水處理、光電和光熱等領(lǐng)域得到應(yīng)用[11]。
青島大學(xué)開發(fā)了一種石墨烯負(fù)載黑磷量子點的制備方法:(1)將黑磷在手套箱內(nèi)研磨1~2 h后溶于N-甲基吡咯烷酮中,在冰浴條件下用超聲波細(xì)胞粉碎機粉碎,超聲波細(xì)胞粉碎機功率600 W,工作間隔為2~4 s,工作時間20~30 min。取上清液離心,得到黑磷量子點分液。(2)將石墨烯加入步驟(1)所得黑磷量子點分散液中手動研磨,再在100~150 W下超聲分散40~60 min。(3)將步驟(2)得到的分散液進行離心分離,沉淀置于真空干燥箱(50~60℃)烘干(12~24 h),最后得到目標(biāo)產(chǎn)物[12]。
河南大學(xué)開發(fā)了一種黑磷烯量子點與石墨烯復(fù)合納米材料,石墨烯與黑磷烯量子點復(fù)合可以提高材料的非線性光學(xué)性能,通過水合肼來調(diào)控復(fù)合材料中黑磷烯量子點濃度,水合肼加入量增多,復(fù)合材料非線性光響應(yīng)越強,新型材料可應(yīng)用于光控型相位調(diào)制器、折射率調(diào)制器、光相恢復(fù)二極管等新型光控領(lǐng)域。制備方法如下:(1)將石墨烯和KMnO4混合研磨后加入磷酸和硫酸的混合溶液中,50℃反應(yīng)24 h,然后用HCl和去離子水洗滌,冷凍干燥得到氧化石墨烯。(2)將單晶黑磷和NaOH研磨成粉末,分散到N-甲基吡咯烷酮中,在N2保護下于160℃反應(yīng)6 h,反應(yīng)后離心20 min,取上清液得到黑磷烯量子點分散液。(3)將氧化石墨烯粉末分散到N-甲基吡咯烷酮中,在磁力攪拌器上攪拌10 min后超聲處理1 h,加入黑磷烯量子點分散液和水合肼,攪拌10 min,得到原料液。黑磷烯量子點分散液、水合肼質(zhì)量體積比為1 mg/mL。黑磷烯量子點分散液、水合肼體積比為2 000∶(0.1~5.0)。(4)將步驟(3)原料液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中,放入140℃真空干燥箱中反應(yīng)6 h。(5)反應(yīng)后將反應(yīng)釜迅速放入冰水中淬滅,將冷卻后反應(yīng)液分別用去離子水和無水乙醇多次洗滌后于60℃真空干燥,即得到石墨烯/黑磷烯復(fù)合納米材料[13]。
理論研究表明鋰在磷烯Z方向擴散速度是其他二維材料(如MOS2和石墨烯)的數(shù)百倍,此外黑磷的儲鋰?yán)碚摫热萘枯^石墨烯高7倍。然而,塊狀或微米尺寸黑磷在循環(huán)過程中存在較大體積膨脹,容易導(dǎo)致容量快速衰減。而黑磷量子點/Ti3C2納米復(fù)合材料不僅可以縮短鋰離子擴散路徑,且可以有效減緩光激發(fā)/放電過程中電極材料的體積膨脹問題。同濟大學(xué)開發(fā)了黑磷量子點/碳化鈦納米片復(fù)合材料,使黑磷量子點和Ti3C2不僅靠范德華力相互吸引,且界面間形成Ti—P化學(xué)鍵,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的Ti3C2納米片可以緩沖BPQDs在充放電過程中的體積變化,改善其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。制備方法如下:(1)利用HF或LiF+HCl對Ti3AlC2的刻蝕,得到Ti3C2,將其凍干。(2)黑磷塊在排除空氣的有機溶劑(如N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜等)中,200~600 W下超聲剝離4~24 h得到黑磷量子點,其三維尺寸小于10 nm。(3)將0.01~1.00 mg/mL的黑磷量子點溶液與Ti3C2納米片混合,Ti3C2納米片與有機溶劑比例為(20~1 000)mg∶(10~1 000)mL。室溫超聲攪拌1~72 h,然后在轉(zhuǎn)速大于8 000 r/min的條件下離心分離,取下層溶液真空干燥,得到目標(biāo)產(chǎn)物。復(fù)合材料可作為二維電極材料廣泛用于鋰離子電池等能源領(lǐng)域,具有優(yōu)異的充放電性能[14]。
青島大學(xué)開發(fā)了鋅摻雜黑磷量子點的谷胱甘肽熒光納米探針,采用液相超聲和溶液反應(yīng)制備羥基氧化鈷納米片(CoOOH NSs),通過超聲輔助在溶液中自組裝制備Zn-BPQDs/CoOOH NSs復(fù)合物水分散液。通過向分散液中加入不同濃度谷胱甘肽(GSH)建立GSH與上述混合物溶液的熒光發(fā)射光譜,構(gòu)建定量檢測GSH的熒光納米探針。制備方法如下:(1)制備鋅摻雜黑磷量子點(Zn-BPQDs)。將黑磷塊體20 mg加入30 mL N-甲基吡咯烷酮中,再加入1 mmol/L硝酸鋅水溶液,用細(xì)胞粉碎機超聲4 h,然后用水浴超聲10 h,將超聲分散液轉(zhuǎn)入高壓釜,140℃下連續(xù)反應(yīng)12 h,反應(yīng)混合物在3 500 r/min轉(zhuǎn)速下離心20 min,取上清液在12 000 r/min轉(zhuǎn)速離心20 min,將沉淀物用乙醇和蒸餾水洗滌3次,真空干燥后得到Zn-BPQDs。(2)制備羥基氧化鈷納米片(CoOOH NSs)。分別配制1 mol/L、10 mmol/L、1 mol/L的氫氧化鈉、氯化鈷、次氯酸鈉水溶液。量取氫氧化鈉溶液1 mL,加入氯化鈷水溶液10 mL,水浴超聲5 min,在4 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心20 min,得到深黃色沉淀。將其分散在50 mL蒸餾水中,在磁力攪拌下,向其中加入次氯酸鈉水溶液2.5 mL,水浴超聲20 min,在12 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min,得到棕色沉淀,用乙醇和蒸餾水洗滌3次,真空干燥后得到CoOOH NSs。(3)制備鋅摻雜黑磷量子點/羥基氧化鈷納米片復(fù)合物。在磁力攪拌下配制0.5 mg/L Zn-BPQDs水分散液,配制1 mmol/L CoOOH NSs水分散液,向1~10 mL CoOOH NSs水分散液中逐滴加入Zn-BPQDs水分散液0.1~1.0 mL,連續(xù)攪拌20 min后形成復(fù)合物水分散液。(4)向步驟(3)分散液中加入GSH水溶液,攪拌均勻形成均質(zhì)混合液,避光保存5 min后測定不同GSH濃度下均質(zhì)混合物的熒光發(fā)射光譜,構(gòu)建定量檢測GSH的熒光納米探針[15]。
杭州電子科技大學(xué)開發(fā)了一種帶隙可調(diào)的黑磷量子點光催化劑,黑磷量子點光催化劑通過改變反應(yīng)溶劑來調(diào)控黑磷量子點的尺寸和帶隙,進而增強黑磷量子點光催化劑的催化性能,主要用于有機污染物處理。制備方法如下:(1)以黑磷晶體粉末為原料,N-甲基吡咯烷酮和油酸的混合溶液為反應(yīng)溶劑,黑磷粉末質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL,先將原料超聲分散均勻,然后將反應(yīng)溶劑加熱至150~200℃,保溫6~24 h,產(chǎn)物尺寸2~3 nm,通過改變反應(yīng)溶劑比例可以制備不同尺寸和帶隙的黑磷量子點光催化劑。(2)反應(yīng)完成后在7 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心去除未反應(yīng)黑磷粉末,得到棕色的黑磷量子點溶液[16]。
近年來,土霉素、四環(huán)素的濫用危害了環(huán)境和人類健康。土霉素的前藥或代謝物進入含水體系,水生植物的吸收大大增加其進入人體的風(fēng)險。此外重金屬污染使生物大分子失活,影響人體內(nèi)氧化、水解、還原過程,使血紅蛋白失去攜氧功能。湖南大學(xué)開發(fā)了零維黑磷量子點/一維管狀氮化碳復(fù)合光催化劑處理重金屬和有機污染物的方法。(1)零維黑磷量子點溶液制備,將黑磷晶體研磨0.5~1.0 h,加水超聲15~18 h,得到黑磷量子點晶體懸浮液,將懸浮液在轉(zhuǎn)速5 000~5 500 r/min下離心處理6~8 min,去除黑磷納米片得到零維黑磷量子點溶液。(2)一維管狀氮化碳制備,將尿素和三聚氰胺按質(zhì)量比3∶1溶解于水中得到混合溶液,超聲2.5~3.5 h,在攪拌轉(zhuǎn)速300~500 r/min下,攪拌10~12 h。將得到溶液在180℃水熱反應(yīng)18~20 h,60~70℃下干燥8~10 h,得到前驅(qū)體。將前驅(qū)體煅燒,得到一維管狀氮化碳,煅燒升溫速率2~5℃/min,煅燒溫度500~600℃,煅燒時間4~6 h。(3)復(fù)合催化劑制備,將零維黑磷量子點溶液與一維管狀氮化碳在10~20℃下混合6~8 h,在40~45℃下真空干燥8~12 h,得到復(fù)合光催化劑。零維黑磷量子點溶液質(zhì)量濃度為0.1~0.2 mg/mL,一維管狀氮化碳與零維黑磷量子點溶液的質(zhì)量體積比為0.15 g∶(8~12)mL[17]。
深圳大學(xué)開發(fā)了一種黑磷量子點復(fù)合材料,利用陽離子通過靜電力與黑磷量子點結(jié)合,使其抗氧化能力大大提高。用聚乙二醇或其衍生物通過范德華力與黑磷量子點結(jié)合,使黑磷量子點能夠在水中穩(wěn)定分散。復(fù)合材料可用于制備聲成像藥物、光熱治療藥物、光動力治療藥物或靶向治療藥物。制備方法如下:(1)將黑磷量子點置于第一有機溶劑中得到黑磷量子點分散液,將金屬鹽或銨鹽置于第二有機溶劑中得到陽離子溶液。黑磷量子點與陽離子摩爾比為(102~5×104)∶1。黑磷量子點與聚乙二醇或其衍生物質(zhì)量比為1∶(5~10)。所述金屬陽離子包括金離子、銀離子、鐵離子、鎂離子、汞離子和鈣離子中至少一種。所述聚乙二醇衍生物包括氨基化聚乙二醇、酯化聚乙二醇、羰基化聚乙二醇、醛基化聚乙二醇和聚氨基酸共聚物中至少一種。(2)黑磷量子點分散液與陽離子溶液混合均勻后,在室溫下反應(yīng)10~150 min,得到第一混合液,將第一混合液離心去上清液后得到陽離子修飾的黑磷量子點。(3)將陽離子修飾的黑磷量子點分散在水中,加入聚乙二醇或其衍生物,混合均勻后室溫下反應(yīng)2~12 h,得到第二混合液,將其離心去除上清液后得到黑磷量子點復(fù)合材料。該法提供了一種穩(wěn)定且在水溶液中分散性較好的黑磷量子點,其光吸收強,光熱轉(zhuǎn)化效率高,生物兼容性高,無長期生物毒性,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有突破性應(yīng)用[18]。
南京理工大學(xué)將黑磷量子點作為光敏劑可以在可見光照射下將氧分子轉(zhuǎn)化成單線態(tài)氧,適用于污水中有機物降解,也可應(yīng)用于包括癌癥在內(nèi)的光動力治療。制備方法如下:(1)將塊體黑磷分散在N-甲基吡咯烷酮溶液中,超聲(300~450 W)剝離3~20 h(優(yōu)選為10~20 h)。(2)將步驟(1)產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速4 000~6 000 r/min下離心分離,得到的黑磷量子點粒徑≤5 nm[19]。
福建醫(yī)科大學(xué)開發(fā)了一種黑磷量子點/鉑雜化介孔二氧化硅納米顆粒,利用腫瘤微環(huán)境的過氧化氫與鉑納米顆粒發(fā)生催化反應(yīng)生成氧氣,進一步增強黑磷量子點對腫瘤的光動力治療效果。通過一步水熱法及原位生長法合成介孔內(nèi)負(fù)載鉑納米粒子的黑磷量子點/鉑雜化納米粒。制備方法如下:(1)將十六烷基三甲基氯化銨、三乙醇胺、黑磷量子點水溶液按質(zhì)量比為(1~2)∶(0.01~0.002)∶(0.01~0.002)混合攪拌1 h,然后加熱至80℃,不斷攪拌下緩慢滴加正硅酸乙酯,加入量與前三者質(zhì)量比為(1~2)∶(0.010~0.002)∶(0.010~0.002)∶(1.5~2.0),制得黑磷量子點雜化介孔二氧化硅。(2)在步驟(1)溶液中加入3-氨基丙基三甲基硅烷,80℃回流過夜,反應(yīng)結(jié)束后離心分離,固體產(chǎn)物重新溶于去離子水中,然后加入二乙酰丙酮鉑攪拌1 h,再加入硼氫化鈉攪拌1 h,制得目標(biāo)產(chǎn)物。黑磷量子點雜化介孔二氧化硅、3-氨基丙基二甲基硅烷、二乙酰丙酮鉑和硼氫化鈉質(zhì)量比為1∶0.002∶(0.005~0.010)∶(0.005~0.010)[20]。
貴州大學(xué)開發(fā)了一種黑磷@二氧化鈦負(fù)載貴金屬復(fù)合材料的制備方法,貴金屬增加了醇電氧化活性位點、催化活性以及穩(wěn)定性,復(fù)合材料可用于直接醇燃料電池催化劑。制備方法如下:(1)在0~15℃條件下,將黑磷固體通過超聲波粉碎機分散于有機溶劑中,得到黑磷分散液。其中黑磷質(zhì)量濃度為2~5 mg/mL,有機溶劑為N-甲基-2-吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺。(2)將黑磷分散液與鈦酸四丁酯按體積比為(60~200)∶(1~3)混合,然后加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉或十六烷基三甲基溴化銨,攪拌均勻形成混合分散液。(3)將混合分散液在100~200℃下水熱反應(yīng)12~24 h,得到黑磷@二氧化鈦復(fù)合材料水溶液。(4)在步驟(3)水溶液中加入金屬前驅(qū)體溶液,金屬為鉑、鈀、金或銀中的一種,前驅(qū)體中金屬質(zhì)量為黑磷@二氧化鈦負(fù)載貴金屬材料的10%~30%,超聲攪拌,用NaOH調(diào)節(jié)pH至9~11,加入還原劑水合肼、硼氫化鉀或硼氫化鈉中的一種,繼續(xù)攪拌,使貴金屬在黑磷@二氧化鈦復(fù)合材料表面還原,得到目標(biāo)產(chǎn)物半成品。(5)將步驟(4)復(fù)合材料進行離心、洗滌、干燥(溫度30~60℃,時間6~12 h),得到目標(biāo)產(chǎn)物[21]。
山東師范大學(xué)開發(fā)了一種萬古霉素修飾的黑磷量子點抗菌劑,萬古霉素通過共價鍵結(jié)合于黑磷量子點表面,抗菌性能顯著提升,并且對某些細(xì)菌的耐藥性有一定抑制作用。制備方法如下:將鹽酸萬古霉素、N-羥基琥珀酰亞胺溶于二甲基亞砜中,冷卻后加入1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)混合后放入冰浴中,繼續(xù)加入N-BoC-(亞乙二氧基)二乙胺及N,N-二異丙基乙胺(DIPEA),攪拌一夜,加入丙酮得到沉淀,再通過液相分離方法分離所述沉淀后,再采用二氯甲烷、三氟乙酸、乙醚處理所述沉淀。方法為:先用二氯甲烷、三氟乙酸混合液在冰浴中攪拌0.8~1.2 h,去除溶劑部分,再分次緩慢加入冷乙醚,去除乙醚進行干燥后加入黑磷量子點溶液,調(diào)節(jié)pH至7~8,離心、水洗后透析得到目標(biāo)產(chǎn)物。二氯甲烷與三氟乙酸體積比為3.0∶(1.5~2.5)。液相分離時液相條件為甲醇與水體積比為90∶10,干燥后得到氨基-(亞乙二氧基)二乙胺-萬古霉素[22]。
天津大學(xué)開發(fā)了一種磷酸化纖維素納米纖維黑磷量子點復(fù)合阻燃薄膜,將棉花等纖維素置于磷酸鹽及尿素溶液中充分浸泡,并經(jīng)干燥及固化處理,再添加黑磷材料,用超聲波輔助法崩解分散纖維素,并同時剝離黑磷材料,制得表面富含磷酸基團的纖維素納米纖維與黑磷量子點復(fù)合材料,然后通過真空抽濾得到具有優(yōu)異力學(xué)性能和阻燃性能的復(fù)合薄膜,提高兩者材料界面相互作用力且可由兩者的協(xié)同強化作用提高阻燃與力學(xué)性能。制備方法如下:(1)浸泡潤漲。將磷酸鹽和尿素超聲溶解于去離子水中,調(diào)節(jié)溶液pH為4~8,加入棉花,置于水浴中加熱,充分浸泡潤漲1~3 h,磷酸鹽包括磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉,纖維素原料中脫水葡萄糖單元、磷酸鹽和尿素的摩爾比為1∶(0.5~2.0)∶(3~8),加熱溫度為30~60℃。(2)干燥及固化。將充分潤漲的棉花纖維素于70~100℃下干燥,完全烘干后于140~170℃固化處理10~90 min,并通過真空抽濾充分洗滌,除去未反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)。(3)復(fù)合材料制備,將步驟(2)纖維素加水?dāng)嚢璺稚⒅临|(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%~1.0%,接著加入黑磷固體5~20 mg,高速攪拌形成均勻混合液,并進行超聲處理3~6 h,得到纖維素納米纖維/黑磷量子點復(fù)合液。(4)復(fù)合薄膜制備,將步驟(3)液體通過真空抽濾裝置抽濾成膜,然后將濾膜取出,在附有阻燃薄膜的濾膜表面貼一張濾膜,夾在2個金屬板間,然后置于鼓風(fēng)干燥箱于40~80℃下干燥12~24 h,得到具備阻燃性能的纖維素納米纖維/黑磷量子點復(fù)合薄膜[23]。
南京理工大學(xué)開發(fā)了一種碳量子點修飾的黑磷量子點納米粒子材料,由碳源溶液和黑磷量子點通過溶劑加熱方法形成,其中碳源是PEG400、檸檬酸以及葡萄糖中的一種或多種,新型材料提高了黑磷量子點的穩(wěn)定性和光熱效果,黑磷量子點尺寸小于10 nm。所述碳源溶液濃度大于黑磷量子點濃度。制法如下:(1)將黑磷量子點和碳源溶液混合,得到第一混合物,在惰性氣體保護下持續(xù)攪拌混合物10~60 min,并在攪拌中將第一混合物加熱至碳源的碳化溫度,然后冷卻至室溫得到第二混合物。(2)用異丙醇洗滌第二混合物,得到第一上清液,在60℃烘箱烘干上清液,得到碳量子點修飾的黑磷量子點納米粒子。新型材料擴展了黑磷量子點在癌癥治療、超快激光、光電催化中應(yīng)用[24]。
綜上所述,黑磷量子點復(fù)合材料近年來在國內(nèi)取得了顯著的研究進展,與美國、日本及歐洲在該領(lǐng)域的研究進展基本同步,但離真正工業(yè)化生產(chǎn)尚有距離,仍需大家共同努力,應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到該領(lǐng)域的發(fā)展迫切需要企業(yè)的大力參與與支持。磷化工不僅應(yīng)當(dāng)在傳統(tǒng)領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)展,還應(yīng)當(dāng)注重在精細(xì)化工領(lǐng)域開拓進展,技術(shù)創(chuàng)新是引領(lǐng)化工行業(yè)發(fā)展的必由之路,磷化工行業(yè)必須加大、加快精細(xì)化工的發(fā)展步伐以適應(yīng)科技不斷創(chuàng)新和社會發(fā)展的需要。