本申请公开了一种γ‑石墨单炔纳米片及其制备方法,属于二维碳材料制备技术领域。本申请提供的制备方法包括:以卤代苯为反应单体,加入催化剂经偶联反应后,得到γ‑石墨单炔晶体粉末;将所述γ‑石墨单炔晶体粉末与液态金属混合,复合于导电基底上,制成工作电极;将所述工作电极、对电极、参比电极和电解液组装三电极电化学体系进行电化学剥离,分离收集沉淀,即得所述γ‑石墨单炔纳米片。本申请首次实现高质量γ‑石墨单炔纳米片的成功剥离制备,且制成的γ‑石墨单炔纳米片的尺寸为纳米至微米级,纯度高且结构平整均匀,同时,在空气环境中具有优异的稳定性,在催化、半导体、电子、能源、环境等领域具有广泛的应用前景。
背景技术
石墨炔具有丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽面间距、优良的化学稳定性,具有独特的电子结构和半导体特性。根据相邻两个芳环之间的乙炔基单元数,可以区分为石墨单炔(GY)、石墨双炔(GDY)等,而γ-石墨单炔是石墨炔材料家族中最稳定的结构。
现有γ-石墨单炔的发展历程为:2010年,中国科学院化学所李玉良院士团队在铜基底上通过Glaser-Hay偶联反应首次合成了大面积的石墨双炔薄膜,使得石墨炔受到研究人员的广泛关注(Chem.Commun.,2010,46,3256);2018年,复旦大学Cui等人报道了利用机械化学法通过球磨CaC2
和PhBr6
成功合成γ-石墨单炔,但该方法属于不可逆偶联反应,球磨过程可控性较弱,得到的γ-石墨单炔质量和纯度较差(Carbon,2018,136,248-254);2020年,Ding等人利用CaC2
和PhBr6
做为前驱体,通过超声法合成了γ-石墨单炔,其产物同样具有结晶性差的问题(Ultrasonics sonochemistry,2020,第2020期);2022年,Zhang等人采用了炔烃复分解方法来制备γ-石墨单炔,可在聚合过程中自我纠正结构以实现高结晶度,但炔烃复分解通常需要苛刻的反应条件和复杂的催化剂,工艺复杂(Nat.Synth.2022,1,449-454)。目前,鲜有关于高质量的γ-石墨单炔纳米片制备工艺的报道。
实现思路