一种二维富勒烯共价网络及电化学合成方法和光电探测器
知识产权简介
本发明属于二维材料制备技术领域，具体涉及一种二维富勒烯共价网络及电化学合成方法和光电探测器。该方法包括以下步骤：以富勒烯超晶格材料作为阴极，惰性材料作为阳极，含氢质子的季铵盐和极性非质子溶剂的混合溶液作为电解质溶液，在恒定电位下进行电化学剥离，短时间内得到大批量的二维富勒烯网络。本发明基于层状富勒烯超晶格的插层和膨胀，结合 Mg4C60晶体边缘处溶剂化质子的原位还原辅助作用，采用电驱动季铵盐阳离子进行快速插层膨胀，生成的氢气气泡破坏了层间较强相互作用力，促进了季铵盐阳离子在层间的快速均匀插入，剥离效率高达 83%，单层剥离率高达 30%，剥落后的二维C60共价网络保持了完整的晶体结构和较大的尺寸。
转化前景
由于直接将富勒烯团簇组装成二维结构极为困难，现有技术指出采用富勒烯超晶格材料如 Mg4C60晶体作为母体材料间接合成二维 C60网络是一种可行的常规方法。在此方法中，二维 C60 网络由层间的镁离子结合，沿堆叠方向形成有序的超晶格结构，然而， C−Mg 键的强度介于共价键和离子键之间，明显强于范德华力，这使得使用传统技术（如机械剥离）难以分离二维 C60 网络。Meirzadeh等人提出，通过使用螯合酸和随后的溶剂热反应， Mg2+可以从 Mg4C60 晶体中部分去除，从而产生松散堆叠的 C60 网络块体结构。在这种情况下，机械剥离仅能产生极少量的双层 C60网络。此外， Hou 等人发现，通过有机阳离子在溶剂中的自发扩散，可以破坏 C−Mg 键并扩大层间距离，从而有助于二维 C60 网络的剥离。然而，这一过程需要较长的反应时间（>168 小时），因此只能得到毫克级的二维材料。 剥离的主要挑战在于如何克服富勒烯超晶格材料中强烈的层间相互作用，同时保持脆弱的二维 C60 网络结构的完整性。但包括上述方案在内的现有技术中在剥离得到二维 C60 网络结构的完整性的同时实现高效率、高质量、高产率以及可扩展生产方面仍有待提高。 本方法可以在极短的时间内实现二维富勒烯网络快速大批量的合成，将在多个领域展现出巨大的应用潜力。这些材料以其低导热性、高弹性模量和负泊松比等特性，预示着在轻质高强度复合材料制造中的重要作用，特别是在航空航天和汽车行业中。在能源领域，富勒烯网络的大表面积和活性位点使其在光催化水分解制氢方面表现出色，这对于开发新型能源技术和环境净化技术至关重要。电子和半导体技术也将受益于二维富勒烯网络的电子特性，它们在半导体器件和光电子领域具有广泛的应用前景。此外，这些材料的热电特性使其在热电材料领域具有潜在的应用，能够将热能直接转换为电能，提高能源利用效率。在光学应用方面，二维富勒烯网络的光学线性二色性使其在光通信和光电子学领域具有潜在价值。最后，富勒烯的新应用研究还包括环境净化材料和生物医药材料的开发，这将进一步拓展其在环境与健康领域的应用。随着研究的深入，二维富勒烯网络有望在多个领域带来革命性的变化。