本發明涉及制備單原子層黑色磷技術領域，尤其涉及一種通過照射超聲波制備單原子層黑色磷的方法。

背景技術：

黑磷是效果優良的可調半導體，在電子設備具有廣泛的應用，可用作晶體管、傳感器、太陽能電池、開關、電池電極等。不同于諸如石墨烯等零隙半導體的特點是黑磷有帶隙，并且其帶隙和原子層數有重要的聯系，層數越薄帶隙越多。但黑磷在制備過程中存在難以克服的困難，因其為多層結構，為了得到所期望的二維片層，需要通過精巧的剝離工藝一層層分離開這些多層。

雖然已經通過液體剝離獲得黑磷納米片的記載（是將5mg ml-1 黑磷放在N- 環己基-2- 吡咯烷酮溶劑中，超聲24h, 功率246W,30℃水浴中，Chem. Comm 2014,50,13338-13341 ），但獲得的黑磷納米片不穩定，會與水或氧氣反應。此外過長時間的超聲會打碎黑磷納米片，使得得到大片多原子層黑磷變得困難。

利用照射超聲波方法制備單原子層黑色磷的方法還文件報道。

技術實現要素：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種通過照射超聲波制備單原子層黑色磷的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種通過照射超聲波制備單原子層黑色磷的方法，制備步驟為：

（1）將黑色磷置于溶劑中并照射超聲波；溶劑包括選自蒸餾水，有機溶劑，酸性溶液和堿性溶液中的至少一種；超聲波照射在-20℃至100℃的溫度下進行；

當使用蒸餾水時，黑色磷可以容易地分散。當使用醇時，可以改善結晶度。當使用有機溶劑時，可以提高分層黑色磷的導電性。

當在小于-20℃的溫度下進行超聲波照射時，可以稍微進行分層。當在超過100℃的溫度下進行超聲波照射時，剝離的黑色磷可能消失。

（2）將溶液和未溶解的黑鱗分離，將得到的將殘留在溶液中的黑色磷放入溶劑中并且照射超聲波，反復進行1-10次，進行分離，除去溶劑，即得單原子層黑色磷；

將殘留在溶液中的黑色磷照射超聲波反復進行1-10次，從而多原子層黑色磷可以連續地剝離。因此，可以從溶液中獲得單原子層黑色磷。此外，可以通過超聲波照射從多原子層黑色磷制備單原子層黑色磷，從而可以制備具有三角形單晶的黑色磷。

（3）將分離出的未溶解的黑色磷再次加入溶劑中，重復前面兩個步驟，循環處理。

所述有機溶劑包括乙醇，甲醇，丙二醇，戊醇和辛醇中的至少一種，或四氫呋喃，己烷，四氯化物和甲苯中的至少一種；

所述酸性溶液包括鹽酸，硫酸，硝酸和乙酸中的至少一種；

所述堿性溶液包括氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鈣，氫氧化鎂和氨中的至少一種。

步驟（2）中將溶液和未溶解的黑鱗分離時，優選使用離心分離。

在步驟（2）進行照射超聲波時，在0.1mL-50mL的溶劑中含有0.1g-10g的黑色磷。如果含有少于0.1g的黑色磷，則剝離的黑色磷的量和尺寸減小，使得黑色磷可在溶液中老化。如果含有大于10g的黑色磷，則黑色磷可能不能均勻地分層。

本發明的優點是：本發明利用超聲波照射多原子層黑色磷，剝離出單原子層黑色磷，由于單原子層黑色磷被制備并分散在被照射超聲波的溶液（黑色磷和溶劑的混合物）中，可以獲得透明溶液，不溶解在溶劑中的黑色磷可以保留在溶液的下部，并且僅回收溶液，得到的單原子層黑色磷純度高，方法簡單，浪費少，適合于工業生產。

具體實施方式

一種通過照射超聲波制備單原子層黑色磷的方法,制備步驟為：

（1）將黑色磷置于溶劑中并照射超聲波；溶劑包括選自蒸餾水，有機溶劑，酸性溶液和堿性溶液中的至少一種；超聲波照射在80℃的溫度下進行；

（2）將溶液和未溶解的黑鱗分離，將得到的將殘留在溶液中的黑色磷放入溶劑中并且照射超聲波，反復進行5次，進行分離，除去溶劑，即得單原子層黑色磷；

（3）將分離出的未溶解的黑色磷再次加入溶劑中，重復前面兩個步驟，循環處理。

所述有機溶劑包括乙醇，甲醇，丙二醇，戊醇和辛醇中的至少一種，或四氫呋喃，己烷，四氯化物和甲苯中的至少一種；

所述酸性溶液包括鹽酸，硫酸，硝酸和乙酸中的至少一種；

所述堿性溶液包括氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鈣，氫氧化鎂和氨中的至少一種。

步驟（2）中將溶液和未溶解的黑鱗分離時，優選使用離心分離。

在步驟（2）進行照射超聲波時，在40mL的溶劑中含有5.5g的黑色磷。